İnsan mezenkimal kök hücrelerinin fonksiyonel nöronlara farklılaştırılması

Abstract

Nöronlara farklılaşma kapasitesi ve klinik uygulanabilirliği ile mezenkimal kök hücreler, doku rejenerasyonu ve nörogelişimsel süreçleri anlamak için yürütülen çalışmalarda en önemli yetişkin kök hücre kaynağını oluşturmaktadır. İnsan mezenkimal kök hücre (iMKH) kaynaklı nöronlar üzerine yapılan çalışmalarda, nöronal aktivite büyük oranda sadece nörogelişimsel protein ekspresyonları ile gösterilmektedir. Nöropatolojik süreçlerin modellenmesi ve nöronal farklılaşma mekanizmasının incelenmesi gibi çalışmalar açısından insan nöron kültürlerinin oluşturulması önem kazanmaktadır. Dolayısıyla kültürde görülen yerleşik nöronal ağlar, aktivite yönüyle sinaptik sinyal iletim yeteneği ve fonksiyon spesifik olgunlaşma açısından da araştırılmalıdır. Buna göre, bu çalışmada, hEGF, bFGF, NGF, FGF-8, BDNF, IBMX ve B27 içeren tek adımlı bir sitokin bazlı indüksiyon protokolü ile nöronlara farklılaşan kemik iliği iMKH'lerin işlevselliği analiz edilmiştir. Hem iMKH hücre hatları hem de sağlıklı donörlerden elde edilen iMKH'lerden farklılaştırılan nöronlar, yapısal ve fonksiyonel nöronal mRNA ve proteinleri (βIII Tübülin, NSE, NF ve Nestin) ifade etmiştir. Ayrıca iMKH kaynaklı nöronların (iMKH-Nöron), TH, ChAT, VGLUT1, DAT ve GAD67 gibi fonksiyona özgü proteinleri farklı düzeylerde ifade ettiği tespit edilmiştir. Sonuç olarak, bu çalışma, uygun nöronal indükleyicilerin varlığında, kemik iliği iMKH'lerinin fonksiyonel nöronlara farklılaşabildiğini ve dopaminerjik-kolinerjik nöron popülasyonları oluşturabildiğini ortaya koymuştur. Böylece, bu fonksiyonel iMKH-Nöron'larının, nöronal farklılaşma ve nöropatoloji çalışmalarında bir in vitro model olarak kullanılabilecek nitelikte olduğu gösterilmiştir.

Mesenchymal stem cells constitute the most important source of adult stem cells in studies conducted to understand tissue regeneration and neurodevelopmental processes due to its transdifferentiation capacity and clinical applicability to neurons. In studies on human mesenchymal stem cell (hMSC) derived neurons, neuronal activity is largely demonstrated only by neurodevelopmental protein expressions. Creation of human neuron cultures gains importance in terms of studies such as modeling neuropathological processes and examining neuronal differentiation mechanisms. Therefore, established neuronal networks seen in culture should be investigated for their function-specific maturation. Accordingly, in this study, the functionality of bone marrow hMSC differentiating into neurons with a single-step cytokine-based induction protocol including hEGF, bFGF, NGF, FGF-8, BDNF, IBMX and B27 was analyzed. Neurons differentiated from iMKHs obtained from both iMKH cell lines and healthy donors expressed structural and functional neuronal mRNA and proteins (βIII Tubulin, NSE, NF and Nestin). In addition, hMSC-derived neurons (hMd-Neuron) were found to express function-specific proteins such as TH, ChAT, VGLUT1, DAT and GAD67 at different levels. As a result, this study revealed that bone marrow hMSCs can differentiate into functional neurons and give rise to populations of dopaminergic-cholinergic neurons in the presence of appropriate neuronal inducers. Taken together, it has been shown that these functional hMd-Neurons can be used as an in vitro model in neuronal differentiation and neuropathology studies.