Einfluss von definierter Hypoxie und Zelldichte auf die Expression von Stammzellgenen und die Genexpression der Prolyl Hydroxylase 3 (PHD3) bei fettabgeleiteten Stammzellen des Menschen

Rebhan, Jennifer

Sowohl die Plastizität von humanen ASCs, als auch ihre mögliche in vivo- und in vitro-Beeinflussung, sind bereits gut erforscht. Bisher ist allerdings wenig darüber bekannt, wie sich die Einflussfaktoren definierte Zelldichte und reduzierter Sauerstoffgehalt auf das Differenzierungsverhalten von hASCs auswirken und wie diese Zellen solche veränderten Umgebungsbedingungen wahrnehmen. Aus diesem Grund wurde untersucht, wie diese physiologischen Faktoren die Expression der embryonalen Gene NANOG, Sox-2 und Oct3/4 sowie des Proliferationsmarkers Rex-1 beeinflussen und welcher Mechanismus auf zellulärer Ebene die Veränderungen verursacht. Mittels Durchflusszytometrie wurden isolierte humane Stammzellen des Fettgewebes als positiv für CD29, CD44, CD73, CD90 und CD105 sowie negativ für CD31, CD34 und CD133 charakterisiert. Die mRNA-Expression embryonaler Gene in hASCs blieb während der Kultivierung in standardisiertem Medium über mehrere Passagen stabil. Signifikante Veränderungen konnten allerdings durch eine Erhöhung der Zelldichte auf 60.000 Zellen pro ml und gleichzeitiger Reduktion des Sauerstoffgehaltes auf 3% erzielt werden. Hierbei stieg die relative mRNA-Expression von Sox-2 signifikant an, während die relative mRNA-Expression von Rex-1 signifikant zurückging. Auf zellulärer Ebene wurde Hypoxie durch ein Wechselspiel des Sauerstoffsensors PHD und dem Hypoxie-induzierbaren Faktor Hif wahrgenommen. Speziell die relative mRNA-Expression der Isoform PHD3 stieg durch Kultivierung von hASCs unter Hypoxie (3% O2) und in hoher Zelldichte (60.000 Zellen / ml) signifikant an. Dem gegenüber fiel die relative mRNA-Expression von Hif 1α unter gleichen Bedingungen signifikant ab. Dabei spielte es keine Rolle ob Hypoxie durch die Reduktion des Sauerstoffgehaltes auf 3% oder chemische Hypoxie mittels DFX verwendet wurde. Auch in Experimenten mit reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) vermittelt durch H2O2 konnten vergleichbare Effekte erzielt werden. Im Allgemeinen registrieren Zellen den Kontakt untereinander durch Signalübertragungen vermittelt über Connexine. HASCs zeigten dahingehend eine signifikante Erhöhung der relativen mRNA-Expression von GJA1, dem Gen für das Connexin 43, wenn diese Zellen in hoher Zelldichte (60.000 Zellen / ml) und unter hypoxischen Bedingungen (3% O2) kultiviert wurden. Den gleichen tendenziellen Verlauf zeigte die Proteinexpression von Cx43. Zusammenfassend demonstrieren die Daten aus der vorliegenden Arbeit, dass isolierte hASCs durch Hypoxie, ROS und erhöhte Zelldichte entscheidend beeinflusst und diese Effekte möglicherweise durch die Faktoren PHD3, Hif 1α und Cx43 vermittelt werden.

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Rebhan, Jennifer: Einfluss von definierter Hypoxie und Zelldichte auf die Expression von Stammzellgenen und die Genexpression der Prolyl Hydroxylase 3 (PHD3) bei fettabgeleiteten Stammzellen des Menschen. 2015.

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