Osteogenic Differentiation  in vitro  off Human Osteoblasts is Associated with Only Slight Shift in Their Proteomics Profile

I. A. Khvorova; Хворова И. А.; A. B. Malashicheva; Малашичева А. Б.; V. V. Karelkin; Карелкин В. В.; A. P. Sereda; Середа А. П.; S. A. Bozhkova; Божкова С. А.; R. M. Tikhilov; Тихилов Р. М.; E. S. Gromova; Громова Е. С.; E. A. Fefilova; Фефилова Е. А.; B. R. Zainullina; Зайнуллина Б. Р.; D. A. Kostina; Костина Д. А.; A. A. Lobov; Лобов А. А.

doi:10.31857/S0041377123010066

Остеогенная дифференцировка остеобластов человека in vitro ассоциирована со слабым изменением их протеомного профиля

Авторы: Хворова И.А.¹, Малашичева А.Б.¹, Карелкин В.В.², Середа А.П.², Божкова С.А.², Тихилов Р.М.², Громова Е.С.¹, Фефилова Е.А.¹, Зайнуллина Б.Р.³, Костина Д.А.¹, Лобов А.А.¹
Учреждения:
1. Лаборатория регенеративной биомедицины, Институт цитологии Российской академии наук
2. Национальный медицинский исследовательский центр травматологии и ортопедии им. Р.Р. Вредена
3. Ресурсный центр “Развитие молекулярных и клеточных технологий” Научного парка СПбГУ
Выпуск: Том 65, № 1 (2023)
Страницы: 20-27
Раздел: Статьи
URL: https://journals.rcsi.science/0041-3771/article/view/140064
DOI: https://doi.org/10.31857/S0041377123010066
EDN: https://elibrary.ru/GPCARC
ID: 140064

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Только для подписчиков

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Заживление переломов представляет собой сложный процесс, при котором основными источниками клеток-предшественников остеобластов становятся надкостница и эндост. Однако клеточные механизмы и сигнальные каскады, лежащие в основе начальных стадий дифференцировки предшественников остеобластов во взрослой кости, до сих пор недостаточно изучены. Поэтому мы провели протеомный анализ первичной культуры изолированных остеобластов человека из бедренной кости взрослых доноров в недифференцированных условиях и на пятый день остеогенной дифференцировки in vitro. Это ранняя временная точка, при которой ещe не наблюдается минерализация внеклеточного матрикса. В протеомный анализ были включены 1612 белков, идентифицированных как минимум по двум пептидами. Данные доступны через ProteomeXchange с идентификатором PXD033697. Несмотря на то, что минерализация матрикса начинается только после индукции остеогенной дифференцировки, мы выявили неожиданно слабый физиологический сдвиг, связанный со снижением пролиферативной активности клеток и изменением белков, участвующих в секреции и организации внеклеточного матрикса. Мы показали, что при культивировании в стандартных условиях в остеобластах выявляются маркеры поздних стадий остеогенной дифференцировки, в том числе BMP-2/4, остеокальцин, остеопонтин и RUNX2. Следовательно, дальнейшая дифференцировка, необходимая для минерализации матрикса, требует минимальных физиологических изменений.

Ключевые слова

остеобласты, остеогенная дифференцировка, протеомика дробовика, кость, масс-спектрометрия

Список литературы

Bahney C., Zondervan R., Allison P., Theologis A., Ashley J., Ahn J., Miclau T., Marcucio R., Hankenson K. 2019. Cellular biology of fracture healing. J. Orthop. Res. V. 37. P. 35. https://doi.org/10.1002/jor.24170
Blighe K., Sharmila R., Myles L. 2022. EnhancedVcano: publication-ready Vcano plots with enhanced colouring and labeling. https://bioconductor.org/packages/devel/bioc/vignettes/EnhancedVcano/inst/doc/EnhancedVcano.html
Bragdon B., Bahney C. 2018. Origin of reparative stem cells in fracture healing, Curr. Osteoporos. Rep. V. 16. P. 490. https://doi.org/10.1007/s11914-018-0458-4
Cleland T., Vashishth D. 2015. Bone protein extraction without demineralization utilizing principles from hydroxyapatite chromatography. Anal. Biochem. V. 472. P. 62. https://doi.org/10.1016/j.ab.2014.12.006
Cleland T., Voegele K., Schweitzer M. 2012. Empirical evaluation of bone extraction protocols. PLoS One. V. 7. P. e31443. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0031443
Florencio-Silva R., Sasso G., Sasso-Cerri E., Simões M., Cerri P. 2015. Biology of bone tissue: structure, function, and factors that influence bone cells. Biomed. Res. Int. V. 2015. P. e421746. https://doi.org/10.1155/2015/421746
Hastie T., Tibshirani R., Narasimhan B., Chu G. 2022. Impute: imputation for microarray data. Bioconductor version: Release (3.14). https://www.bioconductor.org/packages/release/bioc/html/impute.html
Jiang X., Ye M., Jiang X., Liu G., Feng S., Cui L., Zou H. 2007. Method development of efficient protein extraction in bone tissue for proteome analysis. J. Proteome Res. V. 6. P. 2287. https://doi.org/10.1021/pr070056t
Lobov A., Malashicheva A. 2022. Osteogenic differentiation: a universal cell program of heterogeneous mesenchymal cells or a similar extracellular matrix mineralizing phenotype? Bio. Comm. V. 67. P. 32. https://doi.org/10.21638/spbu03.2022.104
Matthews B., Novak S., Sbrana F., Funnell J., Cao Y., Buckels E., Grcevic D., Kalajzic I. 2021. Heterogeneity of murine periosteum progenitors inVved in fracture healing. Elife. V. 10. P. e58534. https://doi.org/10.7554/eLife.58534
Perez-Riverol Y., Bai J.; Bandla C., García-Seisdedos D., Hewapathirana S., Kamatchinathan S., Kundu D.J., Prakash A., Frericks-Zipper A., Eisenacher M., Walzer M., Wang S., Brazma A., Vizcaíno J.A. 2022. The PRIDE database resources in 2022: A hub for mass spectrometry-based proteomics evidences. Nucleic Acids Res. V. 50. D543–D552. https://doi.org/10.1093/nar/gkab1038
Pitkänen S. 2020. In vitro and in vivo osteogenesis and vasculogenesis in synthetic bone grafts. Doctoral dissertation: Tampere University.
Raouf A., Ganss B., McMahon C., Vary C., Roughley P., Seth A. 2002. Lumican is a major proteoglycan component of the bone matrix. Matrix Biol. V. 21. P 361. https://doi.org/10.1016/s0945-053x(02)00027-6
Ritchie M.E., Phipson B., Wu D., Hu Y., Law C.W., Shi W., Smyth G.K. 2015. Limma powers differential expression analyses for RNA-sequencing and microarray studies. Nucleic Acids Res. V. 43. P. e47. https://doi.org/10.1093/nar/gkv007
Rohart F., Gautier B., Singh A., Cao K. 2017. mixOmics: an R package for ‘omics’ feature selection and multiple data integration. PLoS Comput. Biol. V. 13. P. e1005752. https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1005752
Rutkovskiy A., Stensløkken K., Vaage I. 2016. Osteoblast differentiation at a glance. Med. Sci. Monit. Basic Res. V. 22. P. 95. https://doi.org/10.12659/MSMBR.901142
Wickham H. 2016. ggplot2. Cham: Springer Int. Publishing.
Yan L. 2021. ggvenn: Draw Venn Diagram by “ggplot2”. https://cran.r-project.org/web/packages/ggvenn/