Influence of nitrosamines and ionizing radiation on the chondrogenic differentiation potential of neonatal and adult stromal cells

Zusammenfassung

Hintergrund: Umfassende Analysen zum Vergleich der individuellen DNA-Schadensreaktion (DDR) verschiedener Stromazelltypen in Bezug auf ihr Entwicklungsalter sind begrenzt. Die zwingende Notwendigkeit, entwicklungsalterangepasste Zellquellen für aussagekräftige toxikologische Bewertungen der Arzneimittelsicherheit als Ersatz für tiergestützte Teststrategien bereitzustellen, ist offensichtlich. In diesem Projekt soll die DDR nach Bestrahlung oder Behandlung mit N-Methyl-N-Nitrosurea (MNU) in neonatalen und adulten Stromazellen im Vergleich zu iPSCs bestimmt werden. Das Projekt konzentriert sich auf eine differenzierungsabhängige Regulation der Reparaturkapazität während der chondrogenen Differenzierung von neonatalen und adulten Stromazellen und iPSC als Kontrolle.

Ziel: Das Projekt zielt darauf ab, die Reaktionen auf exogene genotoxische Insulte zu charakterisieren, die für die Aufrechterhaltung der genomischen Integrität von besonderer physiologischer Bedeutung im Kontext von Entwicklung und Differenzierung sind, da die Empfindlichkeit zwischen verschiedenen Zelltypen in verschiedenen Entwicklungsstadien wahrscheinlich variabel ist.

Experimentelles Verfahren / Arbeitsprogramm: Neonatale Stromazellen aus Nabelschnurblut und adulte mesenchymale Stromazellen aus dem Knochenmark werden als osteo-chondrogenes Differenzierungsmodell nach genotoxischer Behandlung mit N-Methyl-Nitrosurea (MNU) und ionisierender Strahlung im Vergleich zu einer embryonalen iPSC-Kontrolle eingesetzt. Veröffentlichte Daten unserer Gruppe zur Analyse der Osteogenese (die eng mit der Chondrogenese verbunden ist) deuten auf entwicklungsaltersabhängige Unterschiede in der DNA-Schadensreparaturkapazität hin, wobei die höchsten Expressionsniveaus von DDR- und Reparaturgenen in iPSCs (die embryonalen Stammzellen am nächsten kommen) zu finden sind, gefolgt von neonatalen Stromazellen, wobei adulte Stromazellen die niedrigste Gesamtexpression aufweisen. Darüber hinaus wird in enger Zusammenarbeit mit der AG Wesselborg die Aktivierung der Apoptose mit Hilfe der Nicoletti-Methode (Quantifizierung des DNA-Gehalts) sowie die Aktivierung der Caspasen durch Western Blot und fluorimetrische Caspase-3-Assays analysiert. Darüber hinaus soll der Einfluss des Zeitpunkts des genotoxischen Insults während der Chondrogenese analysiert werden. Das Projekt wird in enger Zusammenarbeit mit anderen Mitgliedern des GRK 2578 durchgeführt.

Aktuelle Veröffentlichungen:

1. Cruet-Hennequart S, Drougard C, Shaw G, et al.: Radiation-induced alterations of osteogenic and chondrogenic differentiation of human mesenchymal stem cells. PLoS One 2015;10:e0119334.
2. Liedtke S, Biebernick S, Radke TF, et al.: DNA damage response in neonatal and adult stromal cells compared with induced pluripotent stem cells. Stem Cells Transl Med 2015;4:576-89.
3. Pham CD, Hartmann R, Bohler P, et al.: Callyspongiolide, a cytotoxic macrolide from the marine sponge Callyspongia sp. Org Lett 2014;16:266-9.
4. Sacchetti B, Funari A, Remoli C, et al.: No Identical "Mesenchymal Stem Cells" at Different Times and Sites: Human Committed Progenitors of Distinct Origin and Differentiation Potential Are Incorporated as Adventitial Cells in Microvessels. Stem Cell Reports 2016;6:897-913.
5. Stuhldreier F, Kassel S, Schumacher L, et al.: Pleiotropic effects of spongean alkaloids on mechanisms of cell death, cell cycle progression and DNA damage response (DDR) of acute myeloid leukemia (AML) cells. Cancer Lett 2015;361:39-48.