研究文章|PKG和PKC在胚胎干细胞心肌细胞分化过程中下调:这些途径的操纵提高心肌细胞的产量
斯蒂芬·莫布里
1乔治敦大学医学中心生物化学与分子与细胞生物学系,Med/Dent Building NE205, 3900 Reservoir Road NW, Washington, DC 20057-1455, USA
2美国弗吉尼亚州亚历山大市布拉多克路6560号托马斯杰斐逊科学技术高中科学技术部生物技术和生命科学实验室
摘要
如果要将成年干细胞或胚胎干细胞(ESCs)用于治疗疾病,了解其分化的信号转导机制是非常必要的。虽然调控干细胞分化的信号通路越来越多,但还远远不够完整。确定细胞谱系的调控机制和时间进程是产生纯群体最终分化细胞类型的必要条件,在ESCs中,抑制畸胎瘤的形成。为此,我们研究了参与心肌生成的特定信号机制,然后操纵这些途径来增强ESCs向心肌细胞分化。通过对新生esc来源的心肌细胞进行蛋白质组学分析,我们发现心肌生成受到一些激酶的上调和下调的影响,其中cmp依赖的蛋白激酶(PKG)在分化过程中显著下调。进一步研究,我们发现,与没有抑制剂的ESCs相比,使用PKG特异性抑制剂操纵PKG途径可以从ESCs产生更多的心肌细胞。此外,我们发现在培养抑制PKG和PKC亚型的ESCs时存在组合效应。因此,我们提出了一个新的假设:下调PKG和特定的PKC通路对心肌生成是必要的,当调控这些通路时,这些通路产生的心肌细胞明显多于未处理的ESCs。
1.介绍
为了实现干细胞治疗的目标,必须了解调控成人或胚胎干细胞从未分化状态过渡到分化状态的各种机制。这一概念对于从胚胎干细胞中产生真正的终末分化细胞类型,防止畸胎瘤的形成非常重要。干细胞治疗的一个主要候选对象是修复心脏疾病引起的梗死区域。目前面临的挑战是找到在心脏重塑中防止细胞死亡的修复机制,并引入新生心肌细胞来恢复心脏功能。一种可能的解决方法是成体或ES细胞心肌成形术[<一个href="#B1">1一个>- - - - - -<一个href="#B4">4一个>].但是,如果没有详细理解调节ES细胞分化的机制,一旦考虑临床使用,质量控制问题就比着。
如在胚胎中,ES细胞分化被认为是一种感应过程,其中每个种系层的发展影响了其他胚层。一旦我们了解干细胞如何履行某个命运,我们可以永远放弃其多能性,我们可以使用这些知识来增强命运定向的ES形细胞分化。
有了这个概念,我们之前演示了JAK/STAT3的功能重要性[<一个href="#B5">5一个>ES细胞中的PKC途径,因为它们分化为击打心肌细胞[<一个href="#B6">6一个>].在这里,我们不仅揭示了PKG的功能重要性,而且还展示了该通路如何被操纵以诱导ES细胞形成比对照组明显更多的心肌细胞。
PKG是一种在许多系统中被广泛研究的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶[<一个href="#B7">7一个>- - - - - -<一个href="#B9">9一个>].在血管平滑肌中,PKG1已被证明通过磷酸化肌球蛋白结合亚基激活肌球蛋白轻链(MLC)磷酸酶,从而抑制MLC的磷酸化和收缩[<一个href="#B10">10.一个>].最近的证据表明,PKG激活可通过磷酸化和抑制心脏l型干扰心功能 基于PKG1与肌肉收缩减弱相关的证据,结合激酶表达筛查(图)<一个href="//www.newsama.com/journals/sci/2010/701212/fig1/" target="_blank">1一个>)提示心肌细胞PKG1缺失,我们假设PKG1必须下调才能使ES细胞完全分化成跳动的心肌细胞。此外,基于我们之前的工作,我们假设操纵PKG和PKC途径将比未处理的ES细胞产生更多的心肌细胞。为了验证我们的假设,我们将ES细胞暴露于特定的PKG抑制剂中,并分析了ES细胞的分化。我们发现,与对照组相比,在ES细胞分化过程中抑制PKG1可以促进心肌生成。此外,结合PKC亚型拮抗剂[<一个href="#B6">6一个>]和PKG1明显增加心肌细胞的产量。