Molecular Mechanisms of Cell Adhesion and Cytoskeletal Dynamics Underlying Human Mesenchymal Stem Cell Differentiation
Hyväri, Laura (2024)
Hyväri, Laura
Tampere University
2024
Lääketieteen ja biotieteiden tohtoriohjelma - Doctoral Programme in Medicine and Life Sciences
Lääketieteen ja terveysteknologian tiedekunta - Faculty of Medicine and Health Technology
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Väitöspäivä
2024-06-14
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:ISBN:978-952-03-3484-0
https://urn.fi/URN:ISBN:978-952-03-3484-0
Tiivistelmä
Kantasolujen erilaistuminen kudosten kehittymisen ja uusiutumisen aikana on monitahoinen ja monivaiheinen prosessi, johon liittyy aikaan ja paikkaan sidottu säätely. Mesenkymaaliset kantasolut ovat mesodermistä peräisin olevia monikykyisiä esisoluja, jotka pystyvät erilaistumaan rasva- ja luusoluiksi. Erilaistumiskykynsä vuoksi nämä aikuisen kantasolut ovat mielenkiintoisia kandidaatteja käytettäväksi pehmytkudoksen ja luukudoksen uusiutumisessa ja kudosteknologiassa. Ihmisen mesenkymaalisten kantasolujen erilaistumista ohjaavat molekulaariset tekijät ja mekanismit tunnetaan vielä huonosti, sillä pääosa aiemmista tutkimuksista on tehty eläinmalleissa.
Tässä väitöskirjassa ihmisen rasvakudoksesta (rasvan kantasolut) tai luuytimestä (luuytimen kantasolut) kerättyjä mesenkymaalisia kantasoluja tutkittiin in vitro. Mesenkymaalisten kantasolujen rasva- ja luuerilaistumista indusoitiin biokemiallisesti. Lisäksi solujen luuerilaistumista indusoitiin bioaktiivisesta lasista uutettujen ionien avulla. Keskeisten ja evolutiivisesti konservoituneiden solujen kiinnittymiskykyä ja solutukirankaa säätelevien proteiinikinaasireittien merkitystä tutkittiin mesenkymaaliste kantasolujen erilaistumispotentiaalin ohjaajina. Fokaaliadheesiokinaasi (FAK) on tärkeä solujen kiinnittymisen säätelijä, joka välittää signaaleja useiden kohteiden, kuten mitogeeniaktivoitu proteiinikinaasi (MAPK)- signaalireittien kautta. Aktiinitukirangan dynamiikkaa säätelee Rho-kinaasi (ROCK)- signalointi. ROCK-signaalireitin alavirran puoleinen MRTF-A-transkriptiotekijä toimii kiehtovana yhdistäjänä tukirangan dynamiikan ja geenien luennan välillä. Näiden solunsisäisten signalointireittien merkitystä ihmisen mesenkymaalisten kantasolujen erilaistumiselle tutkittiin käyttäen signaalinvälityksen inhibiittorimolekyylejä.
Tulokset osoittavat, että FAK-signaloinnin välittämä soluadheesio toimii molekulaarisena kytkimenä rasvan kantasolujen erilaistumissuunnan valinnassa rasva- ja luusolujen suuntaan. FAK-signaloinnin aktiivisuus suosi luuerilaistumista, mutta FAK-inhibition aikaansaama heikentynyt kiinnittyminen lisäsi rasvaerilaistumista ihmisen rasvan kantasoluissa. FAK-signalointiin kytköksissä olevan MAPK ERK-signaloinnin aktiivisuuden havaittiin olevan merkittävää sekä rasva- että luuerilaistumisen kannalta ihmisen rasvan kantasoluissa. Tulosten perusteella FAK- ja ERK-signaalireiteillä on erilliset roolit erilaistumissuunnan säätelyssä.
ROCK-signaloinnin ja MRTF-A-transkriptiotekijän havaittiin säätelevän ihmisen rasvan kantasolujen erilaistumissuuntaa solutukirangan muutosten avulla. ROCK- aktiivisuuden aikaansaama aktiinin polymerisaatio ja supistumiskyky mahdollistivat luuerilaistumisen. ROCK-inhibitio lisäsi solunsisäisten lipidipisaroiden määrää ja kokoa, mikä indikoi rasvasolujen maturaatiosta. MRTF-A-signaloinnin aktiivisuus todettiin tärkeäksi ihmisen rasvan kantasolujen luuerilaistumissuunnalle. MRTF-A- transkriptiotekijän tumakuljetuksen estäminen sai aikaan muutoksia aktiinitukirangassa ja lisäsi rasvaerilaistumista.
Tulokset osoittavat, että kokeellisesta booria sisältävästä bioaktiivisesta lasista uutetut ionit ovat vahvoja luuerilaistumisen indusoijia ihmisen rasvan ja luuytimen kantasoluissa. Tutkimuksessa kuvaillaan uudenlainen rooli p38 MAPK/ lämpöshokkiproteiini 27 (HSP27) -signaloinnille ihmisen mesenkymaalisten kantasolujen luuerilaistumisessa. Bioaktiivinen lasi indusoi varhaisen ja lyhytaikaisen p38 MAPK/HSP27-reitin aktivaation, ja HSP27-fosforylaation inhibitio heikensi luuerilaistumista. Tulosten perusteella solutukirangan ja fosforyloidun HSP27:n assosiaatio voisi toimia ihmisen mesenkymaalisten kantasolujen luuerilaistumisen varhaisena säätelijänä.
Väitöskirjan tutkimukset lisäisivät biologista tietoa ja ymmärrystä ihmisen mesenkymaalisten kantasolujen erilaistumisen taustalla, minkä avulla voidaan kehittää tietopohjaisia kudosteknologisia menetelmiä ja ratkaisuja rasva- ja luukudokseen liittyvien sairauksien hoitamiseen.
Tässä väitöskirjassa ihmisen rasvakudoksesta (rasvan kantasolut) tai luuytimestä (luuytimen kantasolut) kerättyjä mesenkymaalisia kantasoluja tutkittiin in vitro. Mesenkymaalisten kantasolujen rasva- ja luuerilaistumista indusoitiin biokemiallisesti. Lisäksi solujen luuerilaistumista indusoitiin bioaktiivisesta lasista uutettujen ionien avulla. Keskeisten ja evolutiivisesti konservoituneiden solujen kiinnittymiskykyä ja solutukirankaa säätelevien proteiinikinaasireittien merkitystä tutkittiin mesenkymaaliste kantasolujen erilaistumispotentiaalin ohjaajina. Fokaaliadheesiokinaasi (FAK) on tärkeä solujen kiinnittymisen säätelijä, joka välittää signaaleja useiden kohteiden, kuten mitogeeniaktivoitu proteiinikinaasi (MAPK)- signaalireittien kautta. Aktiinitukirangan dynamiikkaa säätelee Rho-kinaasi (ROCK)- signalointi. ROCK-signaalireitin alavirran puoleinen MRTF-A-transkriptiotekijä toimii kiehtovana yhdistäjänä tukirangan dynamiikan ja geenien luennan välillä. Näiden solunsisäisten signalointireittien merkitystä ihmisen mesenkymaalisten kantasolujen erilaistumiselle tutkittiin käyttäen signaalinvälityksen inhibiittorimolekyylejä.
Tulokset osoittavat, että FAK-signaloinnin välittämä soluadheesio toimii molekulaarisena kytkimenä rasvan kantasolujen erilaistumissuunnan valinnassa rasva- ja luusolujen suuntaan. FAK-signaloinnin aktiivisuus suosi luuerilaistumista, mutta FAK-inhibition aikaansaama heikentynyt kiinnittyminen lisäsi rasvaerilaistumista ihmisen rasvan kantasoluissa. FAK-signalointiin kytköksissä olevan MAPK ERK-signaloinnin aktiivisuuden havaittiin olevan merkittävää sekä rasva- että luuerilaistumisen kannalta ihmisen rasvan kantasoluissa. Tulosten perusteella FAK- ja ERK-signaalireiteillä on erilliset roolit erilaistumissuunnan säätelyssä.
ROCK-signaloinnin ja MRTF-A-transkriptiotekijän havaittiin säätelevän ihmisen rasvan kantasolujen erilaistumissuuntaa solutukirangan muutosten avulla. ROCK- aktiivisuuden aikaansaama aktiinin polymerisaatio ja supistumiskyky mahdollistivat luuerilaistumisen. ROCK-inhibitio lisäsi solunsisäisten lipidipisaroiden määrää ja kokoa, mikä indikoi rasvasolujen maturaatiosta. MRTF-A-signaloinnin aktiivisuus todettiin tärkeäksi ihmisen rasvan kantasolujen luuerilaistumissuunnalle. MRTF-A- transkriptiotekijän tumakuljetuksen estäminen sai aikaan muutoksia aktiinitukirangassa ja lisäsi rasvaerilaistumista.
Tulokset osoittavat, että kokeellisesta booria sisältävästä bioaktiivisesta lasista uutetut ionit ovat vahvoja luuerilaistumisen indusoijia ihmisen rasvan ja luuytimen kantasoluissa. Tutkimuksessa kuvaillaan uudenlainen rooli p38 MAPK/ lämpöshokkiproteiini 27 (HSP27) -signaloinnille ihmisen mesenkymaalisten kantasolujen luuerilaistumisessa. Bioaktiivinen lasi indusoi varhaisen ja lyhytaikaisen p38 MAPK/HSP27-reitin aktivaation, ja HSP27-fosforylaation inhibitio heikensi luuerilaistumista. Tulosten perusteella solutukirangan ja fosforyloidun HSP27:n assosiaatio voisi toimia ihmisen mesenkymaalisten kantasolujen luuerilaistumisen varhaisena säätelijänä.
Väitöskirjan tutkimukset lisäisivät biologista tietoa ja ymmärrystä ihmisen mesenkymaalisten kantasolujen erilaistumisen taustalla, minkä avulla voidaan kehittää tietopohjaisia kudosteknologisia menetelmiä ja ratkaisuja rasva- ja luukudokseen liittyvien sairauksien hoitamiseen.
Kokoelmat
- Väitöskirjat [4945]