Anti-aging effekter av vitamin C på mänskliga pluripotenta stamcellshärledda kardiomyocyter Ⅱ

Diskussion

Biomedicinsk forskning söker förklaringar till fenomenenmänsklig metabolism och dess mekanismer. Dettaforskning behöver mänskliga celler från kroppen'är olikaorgansystem; av kliniska och etiska skäl,levande vävnader från människokroppen själv kan inte vara praktiskt tagetförvärvad för att fungera som en grundläggande biomedicinsk forskningmodell. hESCs härledda från den inre cellmassan av enembryo (Thomson et al.1998) och hiPSCs härledda frånen patient's fibroblaster (Takahashi et al.2007) kan tjänasom lämpliga alternativ för humanstudier på grund av derasursprung och utvecklingspotential (Pera et al.2000; Reubinoff et al.2000). Mänskliga stamcellsderivatsåsom hjärtceller är en unik och reproducerbarcellulär modell för användning i mänsklig utvecklingsbiologi,biomedicinsk forskning och läkemedelsstudier.

Klicka här för att veta Cistanche Anti-Aging Vs Vitamin

Åldrande är ett allmänt fenomen som påverkar somatiskaceller och leder till minskad cellulär och kroppsfunktion,representeras avförkortning av telomerer, ackumuleringenav mutationer, och denutveckling av mitokondrielladysfunktion(Goldstein1990; Finkel och Holbrook2000). Åldrandefenomenet är tidsmässigt omfattande;därför forskning om åldrande av mänskliga kroppscellerär svår att genomföra.Åldrande av kardiomyocyterärorsakas av ålder, bildning av reaktiva oxidativa arter, ochmitokondriell skada(Terman et al.2004; Termanoch Brunk2005). Dessa effekter är reproducerbara ivitro-kulturer av kardiomyocyter.

Här demonstrerade vi åldringsfenomenet ihPSC-härledda CM:er. Humana PSC-härledda CMs är sponodlingsbetingelser in vitro med lätt åldrade. Dag 24celler visade ett mer åldersspecifikt pigmenterat utseendeance än celler vid dag 12 och 18. Dessa morfologiskaförändringar korrelerade med minskat uttryck avcellcykelrelaterade gener, långsammare slaghastigheter och lågaer mitokondriella membranpotentialer. Uttrycketav cyklingener minskade på ett tidsberoende sätt.Denna nedreglering av cyklingener i vår studie varliknande kända allmänna förändringar i åldrande vidmolekylär nivå (Sheydina et al.2011). Vårt fyndav långsammare slag i åldrade celler överensstämde med vårtidigare rapport (Kim et al.2011). Vi mätte mitokondriernafunktionalitet med JC-1-färgämne på dag 24 ochfann att endast 30 procent av differentierade celler bevarademitokondriell funktion. Dessutom uttrycket förtelomerkodande gener nedreglerades.

En intressant upptäckt är att en mindre framträdande egenskapav åldrande och av C-vitamin's omvända effekter observeradesi hiPSC-härledd CM. Mänskliga iPSCs är vuxnasomatiska celler som har omprogrammerats till en pluripotenttillstånd (Yu et al.2007) genom leverans avexogena pluripotensfaktorer (Takahashi et al.2007). På grund av arten av deras härledning, iPSCsanses ha ett annat epigenetiskt tillståndfrån ESCs (Chin et al.2009) och även demonstrerareducerad differentieringseffektivitet till specifik linjeåldrar (Mauritz et al.2008). Det exogena omprogrammetmingfaktorer som valts för insättning i somatiska celler kanredogöra för detta fynd. Omprogrammerade hiPSCs harvisat ofullständig omprogrammering eller tidig ålderdomunder in vitro differentiering jämfört med hESCs(Hanna et al.2010). Således verkar hESC-härledda CM: ervara mer lämpad för studier av åldrande eller relateradeforskning.

Vitamin C har många roller i anti-aging och harvisadkardiovaskulära skyddande effekter(Zhou et al.2006; Luiking et al.2010). Vi använde olika koncentrationerav vitamin C för att visa dessa anti-agingeffekter på hESC-härledda CM. C-vitaminbehandlingpåverkade slagfrekvensen för hESC-härledda CM:eroch lindrade tendensen som hESC-härledda CM haratt slå långsammare med åldern. Dessutom behandlingmed C-vitamin påverkade uttrycket av åldrande-relateradegener och mitokondriell funktion i hESC-härleddaCMs. För det första förändringar i hTERT, hTR ochTRF2 observerades. Human TR (hTR) och hTERTkodar humant telomerasrelaterat RNA och protein,respektive. Deras roll i åldrandet är välkänd(Hiyama et al.1995) som båda generna är relaterade tilltelomerer och telomeras (Huffman et al.2000; Svart brännskada2001). I vår studie, behandling med vitaminC i olika steg i CM ökade uttrycket avhTERT. Humant TR-uttryck ökade också i sent skedehESC-härledda CM:er. Dessa resultat visaratt C-vitamin har direkta effekter på telomerasaktiviteti hESC-härledda CM:er. Dessutom kan C-vitaminförbättra transkriptionen av telomerasrelaterade gener,och denna anti-aging effekt kan vara scenberoende iåldrade hESC-härledda CM:er. Uttryck av TRF2 dramatisktökade i det sena stadiet av hESC-härleddCM behandlas med vitamin C, och dessa resultat visaratt TRF2 spelar en roll i den genetiska regleringen avåldrade hESC-härledda CM:er. TRF2-aktivitet är kopplad tillåldrande i somatiska celler, vilket ytterligare tyder påanti-åldringeffekter som genereras av C-vitamin.

Vi observerade också effekten av vitamin C på mitokondriernamembranpotential. Den anti-aging effekten avC-vitamin korrelerade med återhämtningen av slaghastigheten ihESC-härledda CM:er. Sammantaget visar dessa resultatatt C-vitamins välkända kardioskyddande rollgäller även för hESC-härledda CM in vitro. Blandtestade tillstånd, C-vitaminbehandling vid 100μM för48 timmar var mest effektivt och denna koncentration är näraden rekommenderade kosten av vitamin C. Dessaresultat stöder starkt valideringen av hESC-härleddaCM som en livskraftig cellkälla som kan fungera som en unikmodell av mänskliga hjärtcellers åldrande.

Sammanfattningsvis har vi visat att hESC-härleddCM är lämpliga att använda som en alternativ modell föråldrande i mänskliga hjärtceller. Denna modell kan varautvidgas till andra områden av biomedicinsk forskning som enalternativ till primära mänskliga hjärtceller, och olikakandidat anti-aging faktorer kan alltså studeras medhESC-härledda CM i framtiden.

ErkännandenDetta arbete stöddes av ett bidrag frånKoreanskt forsknings- och utvecklingsprojekt för hälsoteknologi, hälsoministeriet ochWelfare, Republic of Korea (A111539) och av Basic ScienceForskningsprogram genom National Research Foundation ofKorea (NRF) finansierat av ministeriet för utbildning, vetenskap ochTeknik (2012-0004131). Författarna uppskattar det uppriktigateknisk assistans av Myung Soo Cho, Sun Mi Baek, Jun BeomKu och Yong Jin Kim.

Referenser

Blackburn EH (2001) Växling och signalering vid telomeren.Mobil 106:661–673 

Chin MH, Mason MJ, Xie W, Volinia S, Singer M, Peterson C,Ambartsumyan G, Aimiuwu O, Richter L, Zhang J,Khvorostov I, Ott V, Grunstein M, Lavon N, BenvenistyN, Croce CM, Clark AT, Baxter T, Pyle AD, Teitell MA,Pellegrini M, Plath K, Lowry WE (2009) Inducerad pluripotentstamceller och embryonala stamceller särskiljsgenom genuttryckssignaturer. Cell Stamcell 5:111–123

Finkel T, Holbrook NJ (2000) Oxidanter, oxidativ stress ochåldrandets biologi. Nature 408:239–247 Goldstein S (1990) Replikativ senescens: den mänskliga fibroblastenblir myndig. Science 249:1129–1133

Hanna JH, Saha K, Jaenisch R (2010) Pluripotens och celluläromprogrammering: fakta, hypoteser, olösta frågor. Cell143:508–525 Hiyama E, Yokoyama T, Tatsumoto N, Hiyama K, Imamura Y,Murakami Y, Kodama T, Piatyszek MA, Shay JW,Matsuura Y (1995) Telomerasaktivitet vid magcancer.Cancer Res 55:3258–3262 

Huffman KE, Levene SD, Tesmer VM, Shay JW, Wright WE(2000) Telomerförkortning är proportionell mot storleken påG-rik telomer 3′-hänga över. J Biol Chem. 275:19719–19722 

Kehat I, Kenyagin-Karsenti D, Snir M, Segev H, Amit M,Gepstein A, Livne E, Binah O, Itskovitz-Eldor J, GepsteinL (2001) Mänskliga embryonala stamceller kan differentiera tillmyocyter med strukturella och funktionella egenskaper av cardiomyocyter. J Clin Invest 108:407–414

Kim YY, Ku SY, Jang J, Oh SK, Kim HS, Kim SH, Choi YM,Moon SY (2008) Användning av långtidsodlad embryoidkroppar kan förbättra kardiomyocytdifferentiering genomBMP2. Yonsei Med J 49:819–827 

Kim YY, Ku SY, Liu HC, Cho HJ, Oh SK, Moon SY, Choi YM(2011) Kryokonservering av mänskliga embryonala stamcellerhärledda kardiomyocyter inducerade av BMP2 i serumfriaskick. Reprod Sci 18:252–260

Laflamme MA, Murry CE (2005) Regenerering av hjärtat. NatBioteknik 23:845–856 Luiking YC, Engelen MP, Deutz NE (2010) Reglering av salpeteroxidproduktion i hälsa och sjukdom. Curr Opin ClinNutr Metab Vård 13:97–104

Mauritz C, Schwanke K, Reppel M, Neef S, Katsirntaki K,Maier L, Nguemo F, Menke S, Hausstein M, Hescheler J,Hasenfuss G, Martin U (2008) Generering av funktionellmurina hjärtmyocyter från inducerad pluripotent stamceller. Upplaga 118:507–517

Mummery C, Ward-van Oostwaard D, Doevendans P, Spijker R,van den Brink S, Hassink R, van der Heyden M, Opthof T,Pera M, de la Riviere AB, Passier R, Tertoolen L (2003)Differentiering av mänskliga embryonala stamceller till kardiomyocyter: roll för samodling med visceral endoderm-liknandeceller. Upplaga 107:2733–2740

Oh SK, Kim HS, Ahn HJ, Seol HW, Kim YY, Park YB, Yoon CJ,Kim DW, Kim SH, Moon SY (2005a) Härledning och karakteriseringav nya mänskliga embryonala stamcellinjer: SNUhES1,SNUhES2 och SNUhES3. Stamceller 23:211–219 Oh SK, Kim HS, Park YB, Seol HW, Kim YY, Cho MS, Ku SY,Choi YM, Kim DW, Moon SY (2005b) Metoder för expansionmänskliga embryonala stamceller. Stamceller 23:605–609 Pera MF, Reubinoff BE, Trounson A (2000) Mänskligt embryonaltstamceller. J Cell Sci 113:5–10