Цитология, 2023, T. 65, № 6, стр. 573-582
Децеллюляризованный внеклеточный матрикс замедляет преждевременное старение эндометриальных мезенхимных стромальных клеток человека
Е. Б. Бурова 1, *, И. Е. Перевозников 1, Р. Е. Ушаков 1
1 Институт цитологии РАН
194064 Санкт-Петербург, Россия
* E-mail: lenbur87@mail.ru
Поступила в редакцию 05.07.2023
После доработки 18.07.2023
Принята к публикации 20.07.2023
- EDN: QLQEKJ
- DOI: 10.31857/S0041377123060044
Полные тексты статей выпуска доступны в ознакомительном режиме только авторизованным пользователям.
Аннотация
Внеклеточный матрикс (ВКМ), основной компонент внеклеточного пространства, опосредует передачу сигналов между клетками и контролирует их ключевые функции ‒ пролиферацию, дифференцировку, миграцию. Актуальность изучения ВКМ обусловлена широким спектром его биологических свойств, которые могут быть использованы в регенеративной медицине и биоинженерии. Особый интерес представляют децеллюляризованные ВКМ (дВКМ) клеточного происхождения для исследования их регуляторной активности в отношении различных клеточных функций. В настоящей работе была проверена гипотеза о модулирующем влиянии дВКМ, депонированного молодыми МСК Вартонова студня пуповины, на фенотип старения эндометриальных МСК (эМСК), который клетки приобретают в ответ на окислительный стресс. Эта сторона функционирования ВКМ в контексте эМСК до сих пор не изучена. Сравнительное исследование H2O2-индуцированного старения эМСК, культивируемых на дВКМ и на пластике в течение длительного времени, показало существенное изменение основных маркеров старения в клеточной популяции на дВКМ. В совокупности, полученные результаты дают основание предполагать, что дВКМ способен частично обращать (тормозить) преждевременное старение эМСК в ответ на окислительный стресс, а также расширяют представление о ВКМ как регуляторе функциональной активности клеток.
Полные тексты статей выпуска доступны в ознакомительном режиме только авторизованным пользователям.
Список литературы
Кольцова А.М., Крылова Т.А., Мусорина А.С., Зенин В.В., Турилова В.И., Яковлева Т.К., Полянская Г.Г. 2017. Динамика свойств двух линий мезенхимных стволовых клеток, полученных из Вартонова студня пупочного канатика человека, при длительном культивировании. Цитология. Т. 59. С. 574. (Koltsova A.M., Krylova T.A., Musorina A.S., Zenin V.V., Turilova V.I., Yakovleva T.K., Poljanskaya G.G. 2018. The dynamics of cell properties during long-term cultivation of two lines of mesenchymal stem cells derived from Wharton’s jelly of human umbilical cord. Cell Tiss. Biol. V. 12. P. 7.) https://doi.org/10.1134/S1990519X1801011X
Матвеева Д.К., Андреева Е.Р. 2020. Регуляторная активность децеллюляризированного матрикса мультипотентных мезенхимных стромальных клеток. Цитология. Т. 62. С. 699. (Matveeva D.K., Andreeva E.R. 2020. Regulatory activity of decellularized matrix of multipotent mesenchymal stromal cells. Tsitologia. V. 62. P. 699.) https://doi.org/10.31857/S004137712010003X
Земелько В.И., Гринчук Т.М., Домнина А.П., Арцыбашева И.В., Зенин В.В., Кирсанов А.А., Бичевая Н.К., Корсак В.С., Никольский Н.Н. 2011. Мультипотентные мезенхимные стволовые клетки десквамированного эндометрия. Выделение, характеристика и использование в качестве фидерного слоя для культивирования эмбриональных стволовых линий человека. Цитология. Т. 53. С. 919. (Zemelko V.I., Grinchuk T.M., Domnina A.P., Artzibasheva I.V., Zenin V.V., Kirsanov A.A., Bichevaia N.K., Korsak V.S., Nikolsky N.N. 2012. Multipotent mesenchymal stem cells of desquamated endometrium: isolation, characterization, and application as a feeder layer for maintenance of human embryonic stem cells. Cell Tiss. Biol. V. 6. P. 1.) https://doi.org/10.1134/S1990519X12010129
Assunção M., Dehghan-Baniani D., Yiu C.H.K., Später T., Beyer S., Blocki A. 2020. Cell-derived extracellular matrix for tissue engineering and regenerative medicine. Front. Bioeng. Biotechnol. V. 8: 602009. https://doi.org/10.3389/fbioe.2020.602009
Bertolo A., Baur M., Guerrero J., Pötzel T., Stoyanov J. 2019. Autofluorescence is a reliable in vitro marker of cellular senescence in human mesenchymal stromal cells. Sci. Rep. V. 9. P. 2074. https://doi.org/10.1038/s41598-019-38546-2
Blagosklonny M.V. 2011. Cell cycle arrest is not senescence. Aging (Albany NY). V. 3. P. 94. https://doi.org/10.18632/aging.100281
Borodkina A., Shatrova A., Abushik P., Nikolsky N., Burova E. 2014. Interaction between ROS dependent DNA damage, mitochondria and p38 MAPK underlies senescence of human adult stem cells. Aging. V. 6. P. 481. https://doi.org/10.18632/aging.100673
Borodkina A.V., Shatrova A.N., Deryabin P.I., Griukova A.A., Abushik P.A., Antonov S.M., Nikolsky N.N., Burova E.B. 2016. Calcium alterations signal either to senescence or to autophagy induction in stem cells upon oxidative stress. Aging (Albany NY). V. 8: 3400. https://doi.org/10.18632/aging.101130
Burova E., Borodkina A., Shatrova A., Nikolsky N. 2013. Sublethal oxidative stress induces the premature senescence of human mesenchymal stem cells derived from endometrium. Oxid. Med. Cell. Longev. V. 2013: 474931. https://doi.org/10.1155/2013/474931
Campisi J., d’Adda di Fagagna F. 2007. Cellular senescence: when bad things happen to good cells. Nat. Rev. Mol. Cell. Biol. V. 8. P. 729. https://doi.org/10.1038/nrm2233
Choi K.M., Seo Y.K., Yoon H.H., Song K.Y., Kwon S.Y., Lee H.S., Park J.K. 2008. Effect of ascorbic acid on bone marrow-derived mesenchymal stem cell proliferation and differentiation. J. Biosci. Bioeng. V. 105. P. 586. https://doi.org/10.1263/jbb.105.586
Choi H.R., Cho K.A., Kang H.T., Lee J.B., Kaeberlein M., Suh Y., Chung I.K., Park S.C. 2011. Restoration of senescent human diploid fibroblasts by modulation of the extracellular matrix. Aging Cell. V. 10. P. 148. https://doi.org/10.1111/j.1474-9726.2010.00654.x
Debacq-Chainiaux F., Erusalimsky J.D., Campisi J., Toussaint O. 2009. Protocols to detect senescence-associated beta-galactosidase (SA-β-gal) activity, a biomarker of senescent cells in culture and in vivo. Nat. Protoc. V. 4. P. 1798. https://doi.org/10.1038/nprot.2009.191
Dominici M., Le Blanc K., Mueller I., Slaper–Cortenbach I., Marini F., Krause D.S., Deans R.J., Keating A., Prockop D.J., Horwitz E.M. 2006. Minimal criteria for defining multipotent mesenchymal stromal cells. Cytotherapy. V. 8. P. 315. https://doi.org/10.1080/14653240600855905
Engeland K. Cell cycle regulation: p53-p21-RB signaling. 2022. Cell Death Differ. V. 29. P. 946. https://doi.org/10.1038/s41418-022-00988-z
Griukova A., Deryabin P., Shatrova A., Burova E., Severino V., Farina A., Nikolsky N., Borodkina A. 2019. Molecular basis of senescence transmitting in the population of human endometrial stromal cells. Aging. V. 11: 9912. https://doi.org/10.18632/aging.102441
Joergensen P., Rattan S.I.S. 2014. Extracellular matrix modulates morphology, growth, oxidative stress response and functionality of human skin fibroblasts during aging in vitro. J. Aging Sci. V. 2. P. 122. https://doi.org/10.4172/2329-8847.1000122
Lai Y., Sun Y., Skinner C.M., Son E.L., Lu Z., Tuan R.S., Jilka R.L., Ling J., Chen X.D. 2010. Reconstitution of marrow-derived extracellular matrix ex vivo: a robust culture system for expanding large-scale highly functional human mesenchymal stem cells. Stem Cells Dev. V. 19. P. 1095. https://doi.org/10.1089/scd.2009.0217
Lee S.S., V$u\sim $ T.T., Weiss A.S., Yeo G.C. 2023. Stress-induced senescence in mesenchymal stem cells: Triggers, hallmarks, and current rejuvenation approaches. Eur. J. Cell Biol. V. 102. P. 151331. https://doi.org/10.1016/j.ejcb.2023.15133110.1016/j.ejcb.2023.151331
Lin H., Yang G., Tan J., Tuan R.S. 2012. Influence of decellularized matrix derived from human mesenchymal stem cells on their proliferation, migration and multi-lineage differentiation potential. Biomaterials. V. 33. P. 4480. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2012.03.012
Liu X., Zhou L., Chen X., Liu T., Pan G., Cui W., Li M., Luo Z.P., Pei M., Yang H., Gong Y., He F. 2016. Culturing on decellularized extracellular matrix enhances antioxidant properties of human umbilical cord-derived mesenchymal stem cells. Mater. Sci. Eng. C Mater. Biol. Appl. V. 61. P. 437. https://doi.org/10.1016/j.msec.2015.12.090
Liu J., Ding Y., Liu Z., Liang X. 2020. Senescence in mesenchymal stem cells: functional alterations, molecular mechanisms, and rejuvenation strategies. Front. Cell Dev. Biol. V. 8: 258. https://doi.org/10.3389/fcell.2020.00258
Novoseletskaya E., Grigorieva O., Nimiritsky P., Basalova N., Eremichev R., Milovskaya I., Kulebyakin K., Kulebyakina M., Rodionov S., Omelyanenko N., Efimenko A. 2020. Mesenchymal stromal cell-produced components of extracellular matrix potentiate multipotent stem cell response to differentiation stimuli. Front. Cell Dev. Biol. V. 8: 555378. https://doi.org/10.3389/fcell.2020.555378
Pei M., Zhang Y., Li J., Chen D. 2013. Antioxidation of decellularized stem cell matrix promotes human synovium-derived stem cell-based chondrogenesis. Stem Cells Dev. V. 22. P. 889. https://doi.org/10.1089/scd.2012.0495
Ragelle H., Naba A., Larson B.L., Zhou F., Prijić M., Whittaker C.A., Del Rosario A., Langer R., Hynes R.O., Anderson D.G. 2017. Comprehensive proteomic characterization of stem cell-derived extracellular matrices. Biomaterials. V. 128. P. 147. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2017.03.008
Rao Pattabhi S., Martinez J.S., Keller T.C.S. 3rd. 2014. Decellularized ECM effects on human mesenchymal stem cell stemness and differentiation. Differentiation. V. 88. P. 131. https://doi.org/10.1016/j.diff.2014.12.005
Rattan S.I., Keeler K.D., Buchanan J.H., Holliday R. 1982. Autofuorescence as an index of ageing in human fibroblasts in culture. Biosci. Rep. V. 2. P. 561. https://doi.org/10.1007/BF01314216
Sart S., Jeske R., Chen X., Ma T., Li Y. 2020. Engineering stem cell-derived extracellular matrices: Decellularization, characterization, and biological function. Tissue Eng. Part B. V. 26. P. 402. https://doi.org/10.1089/ten.TEB.2019.0349
Shatrova A.N., Burova E.B., Kharchenko M.V., Smirnova I.S., Lyublinskaya O.G., Nikolsky N.N., Borodkina A.V. 2021. Outcomes of deferoxamine action on H2O2-induced growth inhibition and senescence progression of human endometrial Stem Cells. Int. J. Mol. Sci. V. 22: 6035. https://doi.org/10.3390/ijms22116035
Sun E., Li Y., Lu W., Chen Z., Ling Z., Ran J., Jilka O.L. 2011. Rescuing replication and osteogenesis of aged mesenchymal stem cells by exposure to a young extracellular matrix. FASEB J. V. 25. P. 1474. https://doi.org/10.1096/fj.10-161497
Vassilieva I., Kosheverova V., Vitte M., Kamentseva R., Shatrova A., Tsupkina N., Skvortsova E., Borodkina A., Tolkunova E., Nikolsky N., Burova E. 2020. Paracrine senescence of human endometrial mesenchymal stem cells: a role for the insulin-like growth factor binding protein 3. Aging. V. 12: 1987. https://doi.org/10.18632/aging.102737
Weng Z., Wang Y., Ouchi T., Liu H., Qiao X., Wu C., Zhao Z., Li L., Li B. 2022. Mesenchymal stem/stromal cell senescence: hallmarks, mechanisms, and combating strategies. Stem Cells Transl. Med. V. 11. P. 356. https://doi.org/10.1093/stcltm/szac004
Xing H., Lee H., Luo L., Kyriakides T.R. 2020. Extracellular matrix-derived biomaterials in engineering cell function. Biotechnol. Adv. V. 42. P. 107421. https://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2019.107421
Yang L., Ge L., van Rijn P. 2020. Synergistic effect of cell-derived extracellular matrices and topography on osteogenesis of mesenchymal stem cells. ACS Appl. Mater. Interfaces. V. 12. P. 25591. https://doi.org/10.1021/acsami.0c05012
Yu X., He Y., Chen Z., Qian Y., Wang J., Ji Z., Tan X., Li L., Lin M. 2019. Autologous decellularized extracellular matrix protects against H2O2-induced senescence and aging in adipose-derived stem cells and stimulates proliferation in vitro. Biosci. Rep. V. 39: BSR20182137. https://doi.org/10.1042/BSR20182137
Zhou Y., Zimber M., Yuan H., Naughton G.K., Fernan R., Li W.-J. 2016. Effects of human fibroblast-derived extracellular matrix on mesenchymal stem cells. Stem Cell Rev. Rep. V. 12. P. 560. https://doi.org/10.1007/s12015-016-9671-7
Zhou L., Chen X., Liu T., Zhu C., Si M., Jargstorf J., Li M., Pan G., Gong Y., Luo Z.-P., Yang H., Pei M., He F. 2018. SIRT1-dependent anti-senescence effects of cell-deposited matrix on human umbilical cord mesenchymal stem cells. J. Tiss. Eng. Regen. Med. V. 12: e1008. https://doi.org/10.1002/term.2422
Zhou X., Hong Y., Zhang H., Li X. 2020. Mesenchymal stem cell senescence and rejuvenation: current status and challenges. Front. Cell Dev. Biol. V. 8. P. 364. https://doi.org/10.3389/fcell.2020.00364
Дополнительные материалы отсутствуют.