文摘
转录因子和信号分子是众所周知的监管机构的干细胞的身份和行为;然而,越来越多的证据表明,环境因素导致这个复杂网络的刺激,充当干细胞命运的关键因素。l抗坏血酸(维生素C (VitC))获得了越来越感兴趣的多种功能和机制的行动,造成正常组织和器官的内稳态和组织再生。在这里,我们审查VitC的主要功能及其对干细胞的影响,关注其活性铁的代数余子式+ 2/α公斤加双氧酶调节表观遗传特征,氧化还原状态,和细胞外基质(ECM)成分,根据酶的亚细胞定位。作为代数余子式的胶原蛋白prolyl羟化酶在内质网中,VitC调节ECM /胶原蛋白体内平衡和分化中起着关键作用的间充质干细胞向成骨细胞、软骨细胞、和肌腱。在细胞核中,VitC提高DNA和组蛋白demethylases的活动,提高体细胞重编程和推动胚胎干细胞向天真的多能性状态。行动的广谱VitC强调其相关性干细胞生物学生理学和疾病。
1。介绍
l抗坏血酸(维生素C (VitC))在上个世纪,因为它得到了广泛地研究中扮演着重要的角色,正确的折叠和沉积的胶原蛋白,是人体中最丰富的蛋白质,有强烈的影响成分/结构/细胞外基质(ECM)的生物力学特征。人类细胞无法合成VitC,因此,它必须不断地通过饮食恢复。VitC剥夺下,人体细胞无法生成和维护健康的组织,尤其是富含胶原蛋白,如皮肤,骨骼和软骨,人体缺乏VitC引起坏血病,复杂的综合征的特点是广义ECM解散和组织瓦解。只是直到最近,ECM体内平衡被认为是独特的分子机制受到VitC可用性。在过去的几年内,使用尖端技术(下一代测序和先进的显微镜)研究干细胞生物学VitC活动的大大扩大了我们的知识。具体来说,VitC已成为干细胞调控的重要身份/行为,影响多能性,自我更新和分化。VitC提高体细胞重编程,诱导多能干细胞的生成(万能),和推动的多能性胚胎干细胞向天真状态调节细胞表观遗传剖面(1- - - - - -3]。强大的生物,生物技术和医学意义VitC-dependent分子机制变得更加相关考虑另一个关键VitC-dependent细胞修改,也就是说,胶原羟基化,这是最丰富的人类proteoma posttranslation修改中。在本文中,我们将关注最新进展的影响VitC干细胞生物学和再生医学的影响。
2。维生素C代谢和功能
VitC是一个自然发生的小的碳水化合物(3-keto -l主要从-gulofuranlactone)合成了一个两步反应l半乳糖或D-galacturonic酸在绿色植物4]。人类是无法合成VitC由于缺乏的l-gulonolactone氧化酶(如果)的酶,因此严格依赖于一个外生VitC来源。保持在一个水平之间的微摩尔的血浆(~ 50μ米)和毫克分子(~ 1 - 10毫米)内的细胞(图1),在垂体和肾上腺细胞发现的最高水平,它是通过积累的活动非常具体的运输系统编码的SLC23A1和SLC23A2基因,也被称为SVCT1和SVCT2(5- - - - - -7]。VitC不断异化,氧化dehydroascorbate (DHA),进而转化为草酸(8]。消除VitC和DHA的主要途径是尿排泄(图1)。草酸是VitC击穿的主要终端产品之一在人类中,这可能导致积累草酸钙结石和肾钙质沉着症;因此,易感人群应避免系统摄入的维生素C补充剂(9]。
2.1。ROS中和剂和铁螯合剂
VitC被认为是最相关的天然减少物质(10]。在细胞内部,VitC合作维持细胞内氧化还原平衡。VitC减少活性氧(ROS),包括超氧化物阴离子(O2−1)、氢氧自由基(哦−)、单线态氧(O2 )和次氯酸(HClO)在线粒体氧化磷酸化生成(有氧ATP生成)。ROS调节几个信号通路参与多能性,包括MAPKs,兵,p38MAPKs,物,MAPK磷酸酶。有趣的是,VitC抑制NFkB激活人类细胞系(U937、HL-60 MCF-7)和在初级细胞(HUVEC)剂量依赖性的方式11]。ROS失活导致VitC氧化脱氢抗坏血酸(DHA),进而改变细胞内稳态。DHA可以减少VitC (DHA→VitC)涉及谷胱甘肽和同型半胱氨酸酶和非酶的活动,而再生/回收VitC [12,13]。除了其作为抗氧化剂,VitC施加一种螯合剂的活动;事实上,通过减少铁(Fe亚铁+ 3→铁+ 2)铁和通过生成可溶性铁复合物,VitC有效提高nonheme铁在肠道的吸收水平(14- - - - - -17]。嗜铬颗粒细胞色素b561年(CGCyt b561年)和十二指肠Cyt b561年(DCyt b561年)是跨膜氧化还原酶(18,19),造成回收VitC DHA和促进铁的吸收。事实上,虽然CGCyt b561年催化转移电子从细胞质VitC intravesicular DHA (DHA→VitC), DCyt b561年转移电子从细胞质VitC铁+ 3离子在肠道内腔,从而生成可溶性铁+ 2离子,最终被细胞通过一个铁2 +转运体(20.,21]。最近审查(22),VitC也对铁代谢的影响刺激铁蛋白合成、抑制溶酶体铁蛋白降解和细胞铁流出,并从低分了体重iron-citrate复合物诱导铁吸收。
2.2。酶的辅因子/增强剂
除了其作为抗氧化剂,VitC至关重要的活动mono -家庭,加双氧酶酶(EC 1.14.11)通过提供所需的电子保持假金属离子减少/活性形式,特别是铜+ 1(亚铜)一氧化物酶和铁+ 2(黑色)加双氧酶(23,24]。在哺乳动物中,VitC-dependent加氧酶催化羟基化的DNA,多肽/蛋白质和脂质,以及各种各样的小分子。例如,VitC代数余子式的γ-butyrobetaine加双氧酶(BBOX1)催化L的最后一步肉碱生物合成(图2)。这种酶参与脂肪酸进入线粒体的运输β脂肪氧化和调节骨和软骨形成,骨骨髓来源干细胞(25]。同样,VitC转换所需的神经递质多巴胺,去甲肾上腺素(多巴胺beta-monooxygenase(胸径)),酪氨酸和酰胺化肽激素的代谢。VitC-dependent酶还包括prolyl羟化酶调节羟基化,从而降解的低氧诱导因子(HIF)。相反,5 -(羟甲基)2-furfural (5-HMF)稳定诱导蛋白质通过减少VitC水平(26]。值得注意的是,VitC增强asparaginyl羟化酶的活动因素抑制HIF-1 (FIH-1),这是一个重要的抑制低氧诱导因子(HIF)活动(27]。有趣的是,低氧诱导因子调节干细胞多能性和自我更新控制特定信号通路和转录因子(28]。最值得注意的是,VitC增强了活动的特定的RNA或DNA demethylases类,也就是说,人类AlkB同系物酶(VitC / Fe+ 2/αKG-dependent加双氧酶)[29日,30.),包括ABH1(或ALKBH1)催化的脱甲基3-meC在DNA和RNA (31日];ABH2 (ALKBH2),催化氧化脱甲基1-methyladenine [32];ABH3 (ALKBH3)维修甲基化RNA (33];FTO,脱甲基3-methylthimidine (3-meT)和3-methyluracil [34),与肥胖相关的变异被发现在儿童和成人35]。另一类VitC / Fe+ 2/αKG-dependent demethylases最近获得了极大关注,由于他们在体细胞重编程的关键作用,具体来说,该jumonji (JHDM KDM)家族,这是参与组蛋白脱甲基(chromatin-modifying加氧酶)和一千零一十一年的DNA demethylases易位(春节)家庭36- - - - - -40]。最后,P4HA和沉重的酶属于同一家庭VitC / Fe+ 2/αKG-dependent加双氧酶和催化胶原脯氨酸和赖氨酸残基的羟基化。因此,VitC活动是至关重要的关键活动的表观遗传转化的酶以及胶原的胶原蛋白。此外,它最近报道,VitC刺激iron-mediated oncometabolite的非酶的转换α-hydroxyglutarate (2-HG)α酮戊二酸(41]。2 hg的竞争性抑制剂α酮戊二酸加双氧酶(42]。因此,VitC影响表观遗传特征,新陈代谢(脂肪酸分解代谢)和微环境(胶原蛋白/ ECM成分)的细胞,从而指向VitC可用性的一个关键的角色在形成细胞身份/行为。
2.3。VitC本地化
作为抗氧化剂,VitC需要在所有的亚细胞车厢内尤其是氧化细胞器(线粒体、内质网和过氧化物酶体)。事实上,作为一个酶的辅因子,它的需求取决于酶的亚细胞定位(图2)。例如,组蛋白和DNA demethylases都位于核浆。具体来说,AlkB人类同系物(ALBH或ALKBH酶)位于核浆和线粒体内催化的脱甲基3-meC残留在DNA和RNA,分别为(31日]。胶原蛋白prolyl / lysyl羟化酶中局部ER腔(43),HIF prolyl羟化酶细胞溶质(博士),和多巴胺β单氧酶和peptidylglycineα-hydroxylating单氧酶(榜单)突触和分泌小泡。VitC是一种水溶性分子以来,具体运输系统应该被激活以保持最佳VitC浓度在每一个亚细胞的隔间。两个家庭的转运蛋白与VitC运输在人类细胞中,钠(Na+ 1-)耦合的抗坏血酸转运蛋白(SVCTs;SLC23),这是减少VitC非常具体,和葡萄糖转运体的成员(过剩;SLC2)家族,其中一些还运输DHA。SVCT2运输车colocalizes与蛋白二硫化物异构酶(PDI)和标志ER和线粒体膜。有趣的是,胚胎的大脑皮层SVCT2 KO小鼠突变体产生显著的低水平的一些神经递质,包括多巴胺和去甲肾上腺素(44),此外,SVCT2击倒线粒体运输效率低下VitC [45]。最后,纯合子Slc23a1−−/老鼠死在出生与呼吸衰竭和intraparenchymal脑出血(46]。SLC23A1对肾脏重吸收和肝脏积累VitC至关重要但不是因为肠道运输(47]。有趣的是,特定的多态性sodium-dependent VitC转运蛋白2基因增加事件的风险急性冠脉综合征的女性,但不是在人48]。到目前为止,在管腔内的转运蛋白,促进VitC积累ER尚未在分子水平上的特点。然而,VitC的亚细胞分布的缺陷可能导致疾病和衰老。例如,受损的线粒体摄取VitC / DHA,因此VitC短缺在线粒体基质应该引起活性氧的清除缺陷。事实上,它最近被假设VitC可能将从核浆ER腔通过ER子域名核膜43],它最终可能会减少VitC原子核中的表观遗传酶,因此其可用性。类似的亚细胞的重新分配VitC可能发生由于快速和大规模的胶原蛋白合成、积累与转化生长因子刺激,例如β(TGFβ)。因此,有趣的是假设VitC水平变化在不同的亚细胞的隔间可以影响氧化还原状态,表观遗传特征,ECM成分和最终修改细胞行为。在这方面,重要的是要考虑到VitC亚细胞分布可能取决于不同的表达水平和绑定亲和力VitC-dependent酶和载体;然而,我们的知识仍然是有限的,这个问题需要进一步研究[43]。
3所示。VitC-Dependent ECM /胶原蛋白调节体内平衡
细胞外基质(ECM)是一个复杂的混合纤维蛋白质和多糖合成和分泌的细胞在细胞外空间。事实上,除了神经细胞外基质(49],ECM纤维结构在大多数组织和提供了一个结构脚手架周围的细胞是必不可少的组织/器官形态发生,以及损伤后的再生。胶原蛋白在ECM最丰富的蛋白质,因此在哺乳动物中最丰富的蛋白质(~ 30%总蛋白质的质量)50)占90%的骨组织(51]。胶原蛋白是至关重要的开发和维护皮肤、软骨、肌腱、韧带、血管和并沉积在ECM生成超分子组装/复合物导致组织的形态和力学性能,如抗拉强度在皮肤和韧带牵引阻力52]。VitC从而影响ECM内稳态的调节胶原合成和成熟。
3.1。胶原蛋白的合成
VitC促进胶原蛋白基因的转录和/或增加胶原蛋白mRNA的稳定性在许多不同的细胞系,包括人类皮肤成纤维细胞(53,54),帕特细胞(55),小鼠3 t3-l1 preadipocytes [56]。此外,TGF profibrotic细胞因子β家庭刺激胶原蛋白的合成,特别是在伤口愈合和纤维化疾病(57]。有趣的是,TGF的激活β途径增强胶原蛋白的合成,减少胶原降解不同的细胞系,包括人类间充质干细胞(58),人类骨髓基质细胞(59人类皮肤成纤维细胞(),60- - - - - -62年),肾小球系膜细胞(63年),肺肺泡上皮细胞(64年),和血管平滑肌细胞(VSMCs) [65年),从而导致纤维化/ ECM积聚。符合这些发现,在人类皮肤成纤维细胞,几个collagen-coding基因,包括COL1A2,COL3A1,COL6A1,COL6A3已经确认为TGFβ在人类皮肤成纤维细胞/ SMAD3目标(66年]。此外,维生素D-induced减少肠纤维化的抑制有关规范TGFβ/ SMAD3途径[67年]。TGF肾上皮细胞β调节胶原沉积通过招募mTOR激酶(通过经典之中TGFβ通路)[47,68年]。有趣的是,mTOR调节HIF-1α,进而由VitC控制和调节的转录COL1A2(胶原蛋白我α2)基因。DEPTOR的事实上,击倒mTOR信号传导抑制剂,诱发胶原蛋白表达;猛禽的相反击倒,相反是一个积极监管机构mTOR,抑制胶原蛋白的表达。TGFβ也可以增加胶原蛋白合成的诱导阵营反应元件结合蛋白存在正的劈理(CREB3L1)转录因子69年]。值得注意的是,胶原蛋白合成可能诱导也独立于TGFβ信号在所述hypoxia-dependent mesenchymalization人类肺上皮A549细胞株(70年]。
3.2。胶原蛋白Prolyl和Lysyl羟化酶
胶原蛋白和胶原分子合成,受到众多转译后的修改,也就是说,羟基化l职业和l赖氨酸残基,糖基化的l赖氨酸羟赖氨酸残基、硫酸盐化作用的酪氨酸(酪氨酸)残留(见[71年])。胶原蛋白的合成还需要特定的活动转译后的酶灭活的胶原蛋白三螺旋的形成。首先,需要胶原羟基化胶原多肽链的正确折叠成稳定的三重螺旋分子。胶原蛋白lysyl羟化酶,也称为procollagen-lysine_α-KG_5-dioxygenases,编码PLOD1,PLOD2,PLOD3基因,是VitC-dependent酶催化羟基化赖氨酸(72年,73年]。胶原蛋白prolyl 4-hydroxylases (P4Hs) VitC-dependent酶催化脯氨酸羟基化的胶原蛋白。胶原蛋白prolyl P4HA亚基的羟基化涉及三个亚型(P4HA1、P4HA2 P4HA3)组成2B2四聚体和P4HB最终P4H1、P4H2 P4H3全酶,分别。胶原蛋白prolyl羟基化是人类proteoma[的主要转译后的修改74年]。在缺乏P4H活动,胶原分子无法退出ER (75年,76年]。有趣的是,之前报道,PH值活动是诱发早期伤口愈合期间,其感应与胶原蛋白的生物合成和沉积的发病77年]。越来越多的证据表明,VitC-dependent胶原羟基化积极与肿瘤侵犯。最近,它已被证明,沉默P4HA2(胶原蛋白prolyl 4-hydroxylaseα亚基2)表达抑制增殖和抑制乳腺癌细胞体内的最激进的表型(78年]。值得注意的是,治疗P4H抑制剂乙3 4-dihydroxybenzoate诱发类似的表型(79年]。有趣的是,P4HA1侵略性前列腺癌中高度表达,它对体内癌症恶化至关重要80年]。
3.3。胶原蛋白的信号
胶原蛋白前体(胶原/ ~ 300纳米的长度)合成的内质网(ER),打包成运输囊泡,并交付给高尔基池fibrillogenesis发生的地方。所得的胶原原纤维最长的最大长度(毫米)和蛋白质聚合物在脊椎动物51,81年]。胶原蛋白是细胞外微环境退化的活动zinc-dependent肽链内切酶,也就是说,在基质金属蛋白酶(MMPs),这是关键酶参与生理(开发和组织修复)和病理(肿瘤发生和转移)过程82年]。胶原蛋白参与cell-matrix交互作为功能配体的受体家族成员包括糖蛋白VI (GPVI),抑制leukocyte-associated immunoglobulin-like receptor-1 (LAIR-1) Endo180 (urokinase-type纤溶酶原activator-associated物蛋白质),整合蛋白和二聚的discoidin受体(DDR1和DDR2) (83年- - - - - -85年]。值得注意的是,DDR受体抑制剂的胶原蛋白沉积(fibrillogenesis) [86年]。这些collagen-receptor交互调节细胞生长、分化和迁移。值得注意的是,β(1)整合蛋白需要正确的身体胚状体形成和心脏命运规范和诱导多能干细胞的分化87年]。
3.4。影响组织生成,ECM的再生,和癌症
VitC影响ECM成分/结构,现在明显,ECM的机械特性影响正常和癌症干细胞的行为(88年- - - - - -93年]。例如,软基板(0.6 kPa聚丙烯酰胺凝胶涂以ⅰ型胶原)维持胚胎干细胞(ESC)自我更新(94年],刚性/硬基质诱导分化谱系间充质干细胞(msc)[规格95年]。ECM结构也影响肿瘤细胞的行为。事实上,乳腺癌恶性肿瘤与ECM加劲[88年],增加胶原蛋白沉积,胶原纤维直径,通过岩石激活,驱动表皮增生(90年]。有趣的是,VitC-dependent胶原prolyl和lysyl羟化酶乳腺癌转移的关键调节因素(79年,96年,97年]。特别是,HIF-1-mediated诱导VitC-dependent PLOD2酶纤维胶原的沉积,增加肿瘤所需刚度(96年]。最近,柔软的纤维蛋白凝胶的使用允许孤立的族群的高致瘤的黑色素瘤癌细胞,名叫tumor-repopulating细胞(继续)98年]。值得注意的是,继续自我更新依赖于一个特定的表观遗传修饰,也就是说,VitC-dependent脱甲基的3组蛋白赖氨酸(H3K9) [999年]。的确,沉默H3K9 demethylases抑制继续自我更新(99年]。
除了参与肿瘤细胞的发展,众所周知,ECM在干细胞利基是一个关键因素,也影响正常干细胞的行为和身份。事实上,一些信号和因素由ECM已报告整合与其他信号通路和转录因子,因此精细调节干细胞增殖,自我更新,和细胞命运决定在体外和体内。特别是,整合素受体对ECM信号,调节干细胞分化早期胚胎发生。事实上,整合素β1内细胞大规模发展是至关重要的(One hundred.],laminin-deficient胚胎无法接受外胚层分化和空化101年]。符合这些发现,1型胶原(collagen-1)促进公司的体外自我更新102年]。此外,VitC-dependent胶原蛋白合成至关重要诱导ESC心脏分化,进而是受两种胶原蛋白合成抑制剂(l-2-azetidine羧酸和cis-4-hydroxy-d-proline) (103年]。值得注意的是,ECM信号也会影响各种成体干细胞自我更新,维护表皮干细胞室(104年),神经干细胞的维护和行为(105年],造血干细胞自我更新和分化106年]。此外,ECM骨骼系统发展是至关重要的,功能,和维修,影响等不同类型干细胞成骨细胞和破骨细胞参与骨重塑(107年)和间充质干细胞(108年),软骨细胞和tenocytes109年),和肌肉干细胞(审查,看110年])。基于这些观察,VitC可用性可能会影响干细胞表型/行为通过调节ECM刚度和体内平衡,从而对组织功能起着至关重要的作用。
4所示。VitC为表观遗传修饰符
表观遗传变异基因的表达有重要的调控作用在发展和疾病。其中,添加甲基胞嘧啶的C5位置在DNA和赖氨酸的不同位置(K4 9 27日和36)组蛋白3 (H3)代表的主要特征和最佳后生修改。VitC影响细胞的表观遗传特征通过促进铁的活动2 +和αKG-dependent加双氧酶参与DNA和组蛋白脱甲基作用。
4.1。VitC和DNA脱甲基
DNA甲基化是由DNA甲基转移酶催化(DNMTs)和调节转录活动中起着举足轻重的作用和细胞的身份。在哺乳动物中,它主要涉及CpG二核苷酸的胞嘧啶残基。全球DNA脱甲基作用发生在胚胎早期发育,胚胎植入前的阶段,也就是说,之前的内细胞团(ICM)规范(111年,112年]。相反,一个普遍的DNA remethylation发生在原肠胚形成并导致血统限制和多能性的损失。异常的DNA甲基化是一种癌症的标志(113年,114年),和全球DNA hypomethylation与肿瘤患者的不良预后相关(115年]。全球DNA甲基化模式的改变与心血管疾病有关,原发性高血压、炎症、自身免疫性疾病、感染(116年- - - - - -120年]。DNA脱甲基作用取决于VitC /铁的催化活性+ 2/αKG-dependent春节(一千零一十一易位)酶转换5-methylcytosine (5-mC) 5-hydroxymethylcytosine (5-hmC)。进一步5-hmC TET-mediated氧化5-formylcytosine (5-fC)和5-carboxylcytosine (5-caC),连同基本切除修复机制的激活,导致完成脱甲基作用过程(38]。值得注意的是,阻止VitC进入细胞的根皮素和/或防止(推倒)春节基因的表达(Tet1,Tet2,Tet3)小核rna干扰)显著减少VitC-dependent 5-hmC感应(121年]。此外,与谷胱甘肽治疗的细胞,一种抗氧化剂代理,不改变5-hmC的水平;因此,表明VitC-dependent感应5-hmC不是由于其活动作为一种抗氧化剂,从而支持的一个关键角色VitC作为春节的代数余子式DNA加双氧酶。有趣的是,在肝癌细胞,VitC增强的脱甲基作用5-Azacytidine (DNA甲基转移酶抑制剂),诱导表达/春节酶的活性和增加的水平5-hmC [122年]。
4.2。VitC和组蛋白脱甲基
转让一个甲基组蛋白蛋白质的赖氨酸和精氨酸残基是发生在组蛋白的主要表观遗传修饰是表观遗传机制的一部分,控制干细胞体内平衡。这个反应是由组蛋白甲基转移酶催化,DNMTs,使用S-adenosylmethionine作为甲基供体。而对于DNA甲基化,只有一个甲基胞嘧啶,添加组蛋白,三两个甲基可以添加赖氨酸和精氨酸,分别。结果mono - di -, trimethylated残留物可以促进或者沉默染色质,这取决于甲基化渣。至于DNA甲基化,还组蛋白甲基化是一个可逆过程,依赖于组蛋白demethylases的活动,比如VitC / Fe+ 2/α公斤demethylases的依赖,即JmjC domain-containing组蛋白demethylases。因此,VitC增强了活动的几个JmjC domain-containing组蛋白demethylases,诱导组蛋白脱甲基作用和贡献建立细胞的表观遗传特征。例如,VitC抵消H3K9 H3K36和DNA甲基化引起的体内l脯氨酸的ESCs [123年]。
4.3。VitC-Dependent加双氧酶在具备干细胞、纤维化和癌症
VitC可用性已经被报道为干细胞的身份和可塑性是至关重要的。增加VitC可用性(100μg / ml)在小鼠的ESCs促进广泛DNA脱甲基作用通过春节活动(3)和推动ESCs向幼稚的多能性状态,可以放置在天真/ 2我和的边后卫/生活文化1]。VitC诱发广泛DNA hypomethylation也在人类胚胎干细胞(为)124年]。VitC维护甲基化模式和调节ESCs的印Dlk1-Dio3集群的表达和获取完整的多能性125年]。的确,VitC促进春节活动(DNA脱甲基)和增强了代的老鼠和人类多能干细胞(万能)导致多能性基因的转录激活网络(121年,126年,127年]。同样,VitC促进组蛋白脱甲基,减少H3K9me3水平和增强pre-iPSC iPSC过渡(2,128年,129年]。因此,小鼠胚胎成纤维细胞(mef)在KD春节酶无法进行间充质上皮重组所必需的过渡过程(128年,130年,131年]。符合这些发现,VitC活动施加一个关键的角色在胚胎发育的早期阶段,所建议的几个VitC不足引起的发育缺陷。的确,虽然知识的机制仍然是有限的,一些证据表明VitC-dependent活动的关键作用的DNA和组蛋白demethylases在早期胚胎发育。事实上,VitC-induced Tet3活动是表观遗传重编程所需的合子的父亲的DNA和随后的脱甲基的孕产妇DNA (132年]。此外,VitC促进第二轮脱甲基的原始生殖细胞(包括)133年]。
VitC引起的表观遗传变化是细胞的重要调节器身份和也考虑一些病理条件的标志。特别是不同类型的癌症,包括白血病、黑色素瘤、结直肠腺瘤,和胃癌症,显示5-hmC水平降低,这可能改变基因表达的正常调控,导致恶性转变。有趣的是,由于基因突变而导致的减少春节酶的表达和/或功能改变,以及突变SVCT基因减少VitC的正常吸收,从而5-hmC,描述了在人类癌症134年,135年]。有趣的是,恢复5-hmC的水平至少可以在一定程度上减少恶性肿瘤(134年]。虽然表观遗传改变的作用,减少5-hmC水平,主要涉及和研究癌症,他们的其他疾病的相关性仍然仍然知之甚少。日益增长的兴趣是新兴的上下文中纤维化疾病。虽然不同的研究支持这一观点的收购profibrotic特征在不同病理与表观遗传修饰控制基因表达谱的改变,DNA甲基化的影响的收购profibrotic特性仍在辩论(136年]。
5。VitC在干细胞
坏血病的特点是一个广义组织解体,细胞间基质溶解,导致未分化细胞的过度增殖和回归原始形式的组织137年]。这表明一个假定的角色VitC-collagen / ECM的完整性控制的前体细胞的增殖。有趣的是,基质的变化(ECM解聚作用)也出现在入侵前或邻近的入侵肿瘤细胞的肿瘤,在VitC主要积累(138年]。此外,一些证据表明,VitC刺激不同的扩散mesenchyme-derived细胞类型包括成骨细胞、脂肪细胞、软骨细胞和成103年,108年,139年- - - - - -146年),以及免疫相关的T细胞的增殖(147年)和hyalocytes(眼玻璃体细胞)148年]。根据使用的浓度、培养时间和细胞类型,分析了VitC可以抑制和/或诱导干细胞增殖和/或分化(表1)。例如,VitC保障来源于多功能的骨头的分化能力间充质干细胞(msc)刺激他们的体外增殖139年]。在这些细胞中,VitC刺激ECM分泌(胶原蛋白和粘多糖)。脂肪细胞的干细胞(对asc)是一个异构的msc可以分化成脂肪细胞,成骨细胞和软骨细胞。l-Ascorbate-2-phosphate (A2-P或Asc-2-P, 250μ米)增强人类对ASC和扩散诱发ASC表显示的形成丰富的细胞外基质(ECM)沉积(149年]。值得注意的是,对asc A2-P-treated pluripotency-associated转录因子的同时保持高水平的表达Sox2,Oct4,Nanog和他们的脂肪形成的和成骨分化能力(中胚层)血统。这是高度相关的,因为对asc培养缺乏VitC往往失去具备干细胞多能性。此外,对asc A2-P-treated显示增强肝原性的(内胚层)和神经源性(外胚层)分化转化能力在特定条件下(149年]。最贴切地,胶原蛋白合成所需似乎VitC活动(149年]。VitC共价耦合到一个甲基丙烯酸甲酯的聚合物增强来源于人类的骨头msc的增殖(143年]。VitC也促进扩散心脏祖细胞(150年]。微量元素的混合,包括VitC,转铁蛋白,谷胱甘肽,亚硒酸盐,和乙醇胺,维持体外扩张/自我更新的老鼠肠道干细胞(isc) [151年]。isc位于肠道隐窝的底部,在适当的刺激下,能够分裂和分化成成熟的上皮细胞。VitC (40μg / ml)促进扩散精原干细胞(细胞)和减少ROS的产生而引起的表达bcl - 2(凋亡)基因(152年]。值得注意的是,这个活动是VitC非常具体。
5.1。VitC积极控制多能性基因
VitC,像维甲酸(维生素)和钙化醇(维生素D),调节基因表达(153年]。VitC诱发NanogESCs表达和保障多能性154年]。同样,VitC增强的表现Nanog在老鼠teratocarcinoma-derived EC细胞(F9)和抑制EC的视黄段分化细胞通过Janus激酶/信号传感器和转录激活(JAK / STAT)信号通路155年]。在机械的水平,VitC诱发STAT2磷酸化,从而激活Nanog转录(155年]。VitC提高端粒酶活性牙周韧带干细胞(PDLSCs)和移植细胞外基质i型胶原蛋白的表达,纤连蛋白,整合素β1,干细胞标记Oct4,Sox2,Nanog以及成骨的标记Runx2,高山,Ocn(156年]。VitC诱发CD30的表达为,这是一个生物标志物在何杰金氏病和恶性细胞胚胎性癌的细胞,通过大幅流失,DNA甲基化的CpG岛CD30启动子(157年]。此外,VitC是腺苷酸环化酶的竞争性抑制剂(158年),因此可以抑制基因的表达由cAMP-dependent控制通路(159年]。的分子机制参与VitC-dependent诱导多能性标记不是很好理解,值得进一步调查。
5.2。VitC对干细胞分化的影响
大量的证据支持这样的看法,即补充VitC改善的分化和维护mesenchyme-derived结缔组织,包括脂肪组织,软骨,骨骼,和血液(图3)。例如,VitC和beta-glycerophosphate促进了鼠标的ESCs向成骨细胞的分化谱系(160年]。VitC也增强了adipocyte-derived祖细胞的成骨细胞的分化161年]。此外,结合葡萄球菌肠毒素C和VitC (50μg / ml)促进成骨细胞的分化骨骨髓来源msc (162年]。此外,补充VitC (250μ米)增强骨从脐带血液msc、而VitC浓度较高(500μ米)减少MSC增殖(163年]。低水平的VitC mg - 63诱导成骨分化骨肉瘤细胞株,而在高剂量诱导细胞凋亡164年]。这些发现相关考虑,MSC受损骨分化潜能诱导骨肉瘤(164年]。ESCs VitC也增强了osteoclastogenesis [145年包括VitC(25),而一个鸡尾酒μg / ml),罗格列酮,胰岛素,T3,地塞米松,吲哚美辛,显著增加ESC脂肪细胞分化[165年]。VitC增强中脑的前体细胞的分化为多巴胺能神经元(166年,167年]。它已经表明,VitC促进表皮角化细胞分化和蛋白激酶C活性的差别,对这些已经废除了prodifferentiating VitC效应(141年]。混合的TGFβ和VitC (30μ米)促进分化骨骨髓来源的msc平滑肌细胞(smc) [168年,169年]。ESCs VitC改善心脏分化的鼠标(170年]。值得注意的是,VitC促进心脏分化只有当补充培养基的一个特定的时间窗口(2 - 6天分化)150年]。值得注意的是,VitC之外的早期阶段分化过程克服了心肌细胞分化能力的损失在纤维母细胞生长因子受体1 (Fgfr1)淘汰赛(Fgfr1−−/)制171年]。分子机制VitC-dependent调控干细胞分化过程在很大程度上是未知的。VitC不大可能的抗氧化活性主要潜在机制鉴于其他抗氧化剂不引起相同的表型转换/分化过程。最有可能的是,VitC可能影响干细胞分化的调节DNA和组蛋白脱甲基作用。因此,Tet1和Tet2 double-knockout制显示注射入小鼠胚泡发育缺陷时(172年]。与野生型制不同,Tet1击倒制产生不成熟畸胎瘤主要含有腺体组织(内胚层)周围基质细胞(中胚层)和滋养层的巨型细胞,从而表明Tet1对细胞谱系规范[至关重要173年]。此外,Tet1/2/3三重淘汰赛导致受损分化潜力的公司(174年]。此外,Tet2沉默在造血干细胞会分化和改变造血作用175年),而它诱发neuroectoderm ESCs分化(176年]。相反,维持公司的自我更新而损害分化(Tet2超177年]。
5.3。VitC体细胞重编程
众所周知,中强烈的化学成分影响万能的表观遗传和生物性质(178年]。事实上,只有在特定的生长条件,则获得一个ESC-like基因表达谱和表观遗传特征。符合的能力维持多能性,补充VitC改善老鼠和人类体细胞重编程(2)(图3)。有趣的是,添加VitC (50 ng / ml)防止异常的DNA甲基化的烙印Dlk1-Dio3基因簇和提高了代的多能细胞则125年]。VitC治疗提高多能性标记的表达(Oct4,Sox2,Klf4)在猪通过体细胞核移植重组(179年]。值得注意的是,其他抗氧化剂,如防治(NAC)和维生素E,同样无法改善细胞重新编程,因此建议此活动不依赖,至少为主,VitC作为抗氧化剂的作用[170年]。一些报告导致结论VitC促进诱导多能干细胞的生成(万能)通过激活histone-demethylating加双氧酶(JMJ)和春节DNA-demethylating酶(131年]。VitC的假定的角色增强胶原蛋白合成/成熟没有分析。这里,我们推测,体细胞等纤维母细胞可能遭受核VitC饥饿,由于过度利用的ER(胶原蛋白合成)。体内,添加VitC可能因此补偿这个核VitC饥饿,从而提高DNA和组蛋白脱甲基和多能性基因的表达。这有趣的假说可以解释至少部分VitC对重组的影响,值得进一步研究。
6。生物技术和医疗应用程序
VitC用于哺乳动物胚胎的体外生产(180年]。事实上,在一个狭窄的窗口的浓度,VitC提高卵母细胞成熟和胚胎植入前的胚胎的后续发展。例如,添加在50岁μg / ml,但不是在100年μg / ml, VitC改善猪卵母细胞成熟通过增加卵裂率和每胚泡细胞总数和减少凋亡细胞死亡181年]。值得注意的是,它建立了治疗VitC增加猪的怀孕率(179年]。此外,体外卵泡是一个新兴的文化保存生育能力的工具。据报道,VitC (50μg / ml)补充显著增强的生存早期阶段(初级)卵泡(< 80μ米)培养在海藻酸水凝胶,避免崩溃的卵泡基底膜182年]。在相关性,在细胞水平上,VitC移植细胞外基质(ECM)的表达和细胞粘附分子(182年]。在成年人,VitC积累在大脑中,作为抗氧化剂和作为乙酰胆碱和去甲肾上腺素释放的神经调质183年]。在最近的相关性,研究表明,补充VitC可能是有益的治疗神经退行性疾病184年]。作为还原剂,VitC用于治疗高铁血红蛋白症(185年),一种常染色体隐性障碍引起高铁血红蛋白还原酶的缺乏(人类250800)。VitC广泛用于减弱感冒的症状(186年- - - - - -190年]。在相关,据报道,DHA, VitC的氧化形式,抑制病毒增殖的三个不同的家庭:单纯疱疹病毒1型(1型单纯疱疹病毒),流感病毒A型,和1型脊髓灰质炎病毒,也许在核衣壳形成的步骤发生在感染细胞的高尔基池内(191年]。有人提议VitC可能有助于保持健康的皮肤通过改变皮肤成纤维细胞的基因表达谱192年]。事实上,VitC大幅修改超过250个基因的表达在体外培养的人皮肤成纤维细胞(192年]。转录组的修改涉及主要和调节细胞周期相关的基因和/或有丝分裂,DNA复制和/或修复,脂质和糖代谢,细胞骨架和ECM重塑,胶原蛋白生物合成(192年]。也观察到VitC摄入量的增加可以提高组织再生手术创伤后,心肌梗死和热烧伤。VitC在癌症预防的影响和/或回归一直得到广泛的研究,但结果是有争议的,超出了本文的范围。它最近表明,高浓度的dehydroascorbate (DHA),也就是说,VitC的氧化形式,引起氧化应激和细胞死亡在癌细胞193年),因此翻新的兴趣使用supranutritional剂量的VitC抗癌。尽管如此,高剂量VitC方案作为抗癌治疗有一些禁忌症(194年和提出了一些重要的问题195年]。最后,VitC对行为的影响/癌症干细胞的身份还没有被研究过,但值得关注。
7所示。结论
越来越多的报道显示,VitC对干细胞可塑性的影响/身份,这很大程度上取决于其维持几个菲的活动的能力+ 2/α公斤加双氧酶酶,它催化羟基化(氧化)不同的生物基质位于特定细胞的隔间。具体来说,在细胞核,VitC调节几个DNA和组蛋白羟化酶的活性,而在内质网,VitC作为胶原蛋白羟化酶的辅助因子。因此,VitC能够修改同时表观遗传和基因表达谱和细胞外基质(微环境)的干细胞。在某些情况下,VitC活动似乎是剂量依赖性的影响在生理浓度范围。然而,是否VitC-dependent反应可能依赖于特定VitC浓度需要进一步调查,由于当前有限的知识(即关键的分子和生化特性。、表达谱、分子相互作用,酶的动力学参数)和/或转运蛋白在不同细胞的隔间。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突有关的出版。
确认
本研究支持的表观基因组学(EPIGEN) MIUR-CNR旗舰项目,现格兰特(11599),和意大利Education-University-Research(格兰特CTN01_00177集群ALISEI_IRMI)和CARIPLO加布里埃尔Minchiotti。