Dokument: Identification of mesenchymal stem cellderived factors with pro-oligodendrogenic activities

Titel:	Identification of mesenchymal stem cellderived factors with pro-oligodendrogenic activities
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=56444
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20210611-084452-7
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Samper Agrelo, Iria [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 15,12 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 01.06.2021 / geändert 01.06.2021
Beitragende:	PD Dr. Küry, Patrick [Gutachter] Prof. Dr. Aberle, Hermann [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Multiple Sklerose (MS) ist die am häufigsten auftretende demyelinisierende Krankheit des Zentralnervensystems (ZNS), bei der eine Autoimmunreaktion zum Verlust von Oligodendrozyten und Myelinscheiden führt, welches eine eingeschränkte elektrische Signalweiterleitung zur Folge hat. Während des Krankheitsverlaufs können Myelin-Reparatur-Aktivitäten beobachtet werden als Konsequenz einer Aktivierung, Rekrutierung und Differenzierung von Stamm- und Vorläuferzellen wie oligodendroglialer Vorläuferzellen (OPCs) sowie residenter multipotenter adulter neuraler Stammzellen (aNSCs) der subventrikuläre Zone (SVZ). Der Gesamtgrad der Remyelinisierung und funktionellen Regeneration ist jedoch begrenzt, was auf intrinsische Reifungsdefizite der Zellen oder inhibitorische Faktoren zurückzuführen ist, die beispielsweise die Interaktion zwischen myelinisierenden Zellen und Axon verhindern oder die Reifung von OPCs negativ beeinflussen. Des Weiteren scheint die Immunantwort einen zusätzlichen negativen Einfluss auf die Geweberegeneration und -reparatur auszuüben. Daher könnte eine gezielte Stimulation von aNSCs zur Steigerung der oligodendroglialen Differenzierung ein insgesamt erfolgsversprechender Behandlungsansatz zur Förderung der Remyelinisierung sein. In diesem Zusammenhang wurde bereits gezeigt, dass von mesenchymalen Stammzellen (MSCs) sekretierte Faktoren die Oligodendrogenese von kultivierten primären aNSCs verbessern. Die Funktionalität der MSC-abhängigen oligodendroglialen Differenzierung wurde bislang jedoch in vivo nicht untersucht. Darüber hinaus sind die MSC-sekretierten Faktoren, die eine oligodendrogliale Differenzierung fördern, weitestgehend unbekannt. Der Fokus der vorliegenden Studie lag daher auf der Identifizierung entsprechender MSC-sezernierter Faktoren und der Analyse von MSC-konditionierten Medium (MSC-CM) stimulierter aNSCs in vivo. Es zeigte sich, dass in verschiedene ZNS-Regionen transplantierte aNSCs, die zuvor mit MSC-sezernierten Faktoren stimuliert wurden, bevorzugt in oligodendrogliale Zelltypen differenzieren. Dieser Effekt konnte unabhängig von der Lokalisation in grauer oder weiße Substanz sowie Stimulationszeitraum mit MSC-sezernierten Faktoren gezeigt werden. Allerdings war eine Zeitpunkt- und Spezies-abhängige Reduktion der Überlebensrate der transplantierten Zellen zu verzeichnen. Zur Identifizierung MSC-sekretierter pro-oligodendroglialer Proteine, wurde eine quantitative massenspektrometrische Analyse des MSC-Sekretoms durchgeführt, bei der 152 Proteine identifiziert wurden, von denen 16 Proteine bekanntlich einen Einfluss auf die oligodendrogliale Differenzierung haben. Der Effekt der Kandidatenproteine Chordin und tissue inhibitor of metalloproteinase 1 (TIMP-1) auf die Oligodendrogenese wurde durch Neutralisierung des jeweiligen Proteins in MSC-CM näher untersucht. Während die Blockierung von Chordin keine Auswirkungen auf die oligodendrogliale Differenzierung kultivierter aNSCs hatte, führte die TIMP-1-Neutralisierung zu einer signifikanten Reduktion des pro-oligodendroglialen Effekts. Zudem war der pro-oligodendrogliale Effekt von MSC-CM auf transplantierte NSCs durch Neutralisation von TIMP-1 ebenso deutlich reduziert. Darüber hinaus könnten für eine spätere biomedizinische Anwendung sezernierte Faktoren humaner von iPSC abstammender MSCs als Ersatz für MSCs aus Knochenmark dienen. Die Stimulation kultivierter aNSCs mit sezernierten Faktoren von humanen iPSC-abgeleiteten MSCs führte zu einer vergleichbaren Erhöhung der oligodendroglialen, bei gleichzeitiger Reduktion der astroglialen Markerexpression. Zusammengefasst konnte durch die vorliegende Arbeit ein starker Einfluss von Nager- und humanen MSC-sezernierten Faktoren auf die oligodendrogliale Differenzierung von aNSCs sowohl in Kultur als auch in vivo nachgewiesen werden. Zudem wurden mögliche Kandidatenproteine identifiziert, die für diese Effekte verantwortlich sind. Multiple sclerosis (MS) is one of the most common demyelinating diseases in which autoimmune activities cause a depletion of oligodendrocytes and myelin sheaths resulting in impaired electric signal transduction. During disease progression, myelin repair activities can be observed as a consequence of activation, recruitment and differentiation of resident stem- and precursor cells such as oligodendroglial progenitor cells (OPCs) and subventricular zone (SVZ) derived resident multipotent adult the neural stem cells (aNSCs). However, the overall degree of remyelination and functional regeneration is limited due to maturation failure and presence of inhibitory factors preventing the interaction of myelin-forming cells with axons. Further, the immune response appears to exert an additional negative impact on tissue regeneration and repair. Therefore, specific stimulation of aNSCs to differentiate into the oligodendroglial cell lineage could be a promising overall strategy to promote regeneration with special emphasis on myelin repair. In this regard, mesenchymal stem cell (MSC)-secreted factors have previously been shown to enhance oligodendrogenesis of cultured primary aNSCs. However, the functional degree of MSC depending lineage instruction in vivo remained to be established. Furthermore, MSC-secreted factors fostering an oligodendroglial differentiation have not been identified so far. The focus of the present study was therefore the identification of corresponding MSC-secreted compounds and the analysis of MSC-conditioned medium (MSC-CM) stimulated aNSCs in vivo. It was revealed that MSC-CM pre-stimulated aNSCs transplanted into different regions of the rodent CNS predominantly differentiate into the oligodendroglial lineage in vivo. This effect was observed independent of grey or white matter localization and the pre-stimulation period. The overall degree of surviving cells after transplantation was reduced over time and differed between species and CNS regions. To identify MSC-secreted pro-oligodendroglial proteins, a quantitative mass spectrometry analysis of the MSC secretome was performed resulting in 152 enriched proteins whereof 16 proteins were known to affect oligodendroglial differentiation. Two candidate proteins, chordin and the tissue inhibitor of metalloproteinase 1 (TIMP-1), were further investigated in culture by neutralization of the respective protein in MSC-CM before application to aNSCs. While blocking of chordin showed no effect on the oligodendroglial differentiation of cultured aNSCs, TIMP-1 neutralization led to a significantly reduced oligodendroglial cell differentiation. Furthermore, TIMP-1 neutralization also diminished the pro-oligodendroglial effect of MSC-CM on aNSCs transplanted into the spinal cord. Moreover, for biomedical translation, the secretome derived from human iPSCs-derived MSCs could be an attractive option to replace bone marrow stem cells. Indeed, stimulation of cultured aNSCs with conditioned medium from human iPSC-derived MSCs revealed a strong increase of oligodendroglial marker expression at the expense of the astroglial marker expression. Summarized, the present data demonstrated a strong impact of rodent and human MSC-secreted factors on the oligodendroglial lineage differentiation of aNSCs in culture as well as in vivo and revealed candidate proteins likely to be responsible for these effects.
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Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Biologie
Dokument erstellt am:	11.06.2021
Dateien geändert am:	11.06.2021
Promotionsantrag am:	12.01.2021
Datum der Promotion:	28.05.2021