Effect of DNA topoisomerase IIß on transdifferentiation of mesenchymal stem cells into neural cells

Abstract

DNA topoizomeraz II enzimi (topo II) DNA sarmalının her iki zincirinde de geçici kesikler oluşturur ve diğer DNA sarmalının bu kesikten geçmesini sağlar. Bu şekilde, birbirinin içinden geçerek kilitlenmiş DNA sarmallarını ayırır. Topo II'nin memeli hücrelerinde iki farklı izozimi vardır (?, ß) Bu izozimlerden topo II? mitozda homolog kromozomların ayrılmasında önemli rol oynarken, yapısal olarak benzer ancak işlevsel farklılıkları bulunan ß izoformunun genel hücresel aktiviteler yerine gen transkripsiyonu gibi daha özelleşmiş işlevlere sahip olduğu düşünülmektedir. Son dönemde yapılan çalışmalarla sinirsel farklılaşma yolunda ß izozimin rolüne dair sonuçlar ortaya çıkmıştır. Ancak mezenkimal kök hücrelerin (MKH) sinirsel trans-farklılaşmasındatopo IIß'nın etkisine dair yayınlanmış bir çalışma yoktur. Bizim çalışmamızda insan kemik iliği mezenkimal kök hücrelerinin sinir hücrelerine trans-farklılaşmasında topo IIß'nın rolünün belirlenmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla, kemik iliğinden elde edilen MKH'ler kültür ortamında çoğaltıldıktan sonra retinoik asid (RA) muamelesiyle sinirsel farklılaşmaya maruz bırakılmış ve farklılaşma esnasında immunofloresan yöntemi ile bu hücrelerdeki topo IIß seviyesi tespit edilerek kontrol MKH'lerdeki topo IIß seviyesi ile kıyaslanmış, 14 günlük sinirsel farklılaşma sonunda RA ile muamele edilen MKH'lerdeki topo IIß seviyesinde kontrol grubuna kıyasla önemli bir artış gözlenmiştir. Sinirsel farklılaşma sürecinde sinir hücrelerine özgü protein (NeuN, NSE, NF-H) ekspresyonlarında da artış tespit edilmiştir. Sonuç olarak hücre içi topo IIß seviyesiyle mezenkimal kök hücrelerin sinirsel farklılaşması arasında ilinti olduğu saptanmıştır. Bu sonuç topo IIß'nın yalnız normal sinirsel farklılaşmada değil, sinirsel trans-farklılaşmada da önemli rolü olduğunu göstermiştir.

DNA topoisomerase II forms transient double-strand breaks in DNA and allows the passage of another DNA double helix through this break. It can seperate double helices that are interlocked in each other. In mammalian cells, two isozymes of topoisomerase II (topo II) exists; topo II? and topo IIß. These isozymes are structurally similar but they diverge in their functional preferences. Topo II? is essential in segregation of chromosomes in mitosis while topo IIß is suggested to act in more specialized functions like gene transcription rather than general cellular activities. In recent years, topo IIß is found to have a role in neural differentiation. However, there is no study on the role of topo IIß on neural transdifferentiation of mesenchymal stem cells (MSC). We aimed to define the role of topo IIß in neural transdifferentiation of human MSC (hMSC). hMSCs that are isolated from bone marrow were expanded and treated with retinoic acid (RA) for neural differentiation. During neural differentiation, topo IIß level in these cells were examined by immunofluorescence and compared with the untreated cells. After 14 days neural differentiation, a significant increase in topo IIß level in RA treated hMSCs was found when compared to control hMSCs. Neural cell marker (NeuN, NSE, NF-H) expressions were also detected during neural differentiation. As a result, a correlation between expression level of topo IIß and neural differentiation is found. This result indicates that topo IIß has an essential role in neural transdifferentiation besides neural differentiation.