Preliminary Exposure to Histone Deacetylase Inhibitors Changes the Direction of Human IPSCs Differentiation with the Formation of Cardiospheres Instead of Skin Organoids

V. K. Abdyev; Абдыев В. К.; A. A. Riabinin; Рябинин А. А.; E. D. Erofeeva; Ерофеева Е. Д.; M. D. Pankratova; Панкратова М. Д.; E. A. Vorotelak; Воротеляк Е. А.; A. V. Vasiliev; Васильев А. В.

doi:10.31857/S0475145023060022

Предварительное воздействие ингибиторов деацетилаз гистонов изменяет направление дифференцировки ИПСК человека с формированием кардиосфер вместо кожных органоидов

Авторы: Абдыев В.К.¹, Рябинин А.А.¹, Ерофеева Е.Д.², Панкратова М.Д.¹^,2, Воротеляк Е.А.¹, Васильев А.В.¹^,2
Учреждения:
1. Институт биологии развития им. Н.К. Кольцова РАН
2. Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, биологический факультет
Выпуск: Том 54, № 6 (2023)
Страницы: 389-396
Раздел: КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ
URL: https://journals.rcsi.science/0475-1450/article/view/232035
DOI: https://doi.org/10.31857/S0475145023060022
EDN: https://elibrary.ru/HKRZYI
ID: 232035

Цитировать

Полный текст

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Плюрипотентные стволовые клетки (ПСК) являются уникальным типом клеток, способным дифференцироваться во все типы клеток организма. В культуре ПСК могут существовать субпопуляции с различным уровнем плюрипотентности, что приводит к различным результатам при их дифференцировке. Одним из ключевых факторов, определяющих состояния плюрипотентности и влияющих на потенциал дифференцировки ПСК, является эпигенетическое состояние клеток, в том числе уровень деацетилирования гистонов. Активация деацетилазы гистонов (HDAC) в ПСК человека и мыши увеличивает процентное содержание гетерохроматина. В данной работе мы использовали протокол дифференцировки эмбриоидных телец из индуцированных плюрипотентных клеток человека (чИПСК), рассчитанный на формирование эктодермы и нейроэктодермы с последующим их развитием в кожные органоиды. Однако после воздействовия на чИПСК ингибиторов HDAC (бутирата натрия и вальпроевой кислоты), направление их дифференцировки менялось: формировалась мезодерма, которая в дальнейшем развивалась в сокращающиеся кардиосферы.

Ключевые слова

чИПСК, направленная дифференцировка, HDAC, кожный органоид, эктодерма, нейроэктодерма, HDACi, кардиосферы

Список литературы

Balafkan N., Mostafavi S., Schubert M. et al. A method for differentiating human induced pluripotent stem cells toward functional cardiomyocytes in 96-well microplates // Sci. Rep. 2020. V. 10. № 1. 18498. PMID: 33116175; PMCID: PMC7595118.https://doi.org/10.1038/s41598-020-73656-2
Brons I., Smithers L.E., Trotter M.W.B. et al. Derivation of pluripotent epiblast stem cells from mammalian embryos // Nature. 2007. V. 448. № 7150. P. 191–195. https://doi.org/10.1038/nature05950
Fischer B., Meier A., Dehne A. et al. A complete workflow for the differentiation and the dissociation of hiPSC-derived cardiospheres // Stem Cell Res. 2018. V. 32. P. 65–72. Epub 2018 Aug 24. PMID: 30218895. https://doi.org/10.1016/j.scr.2018.08.015
Johnstone R.W. Histone-deacetylase inhibitors: novel drugs for the treatment of cancer // Nature. 2002. V. 1. № 4. P. 287–299. https://doi.org/10.1038/nrd772
Lagarkova M.A., Eremeev A.V., Svetlakov A.V. et al. Human embryonic stem cell lines isolation, cultivation, and characterization // In Vitro Cell Dev. Biol. Anim. 2010. V. 46. № 3–4. P. 284–293. https://doi.org/10.1007/s11626-010-9282-6
Lau K.X., Mason E.A., Kie J. et al. Unique properties of a subset of human pluripotent stem cells with high capacity for self-renewal // Nature Communications. 2020. V. 11. № 1. P. 1–18. https://doi.org/10.1038/s41467-020-16214-8
Lee J., Koehler K.R. Skin organoids: A new human model for developmental and translational research // Exp. Dermatol. 2021. V. 30. № 4. P. 613–620. Epub 2021 Feb 18. PMID: 33507537; PMCID: PMC8265774.4).https://doi.org/10.1111/exd.14292
Lee J., Rabbani C.C., Gao H. et al. Hair-bearing human skin generated entirely from pluripotent stem cells // Nature. 2020. V. 582. № 7812. P. 399–404.
Saraiva N.Z., Oliveira C.S., Garcia J.M. Histone acetylation and its role in embryonic stem cell differentiation // World J. Stem. Cells. 2010. V. 2. № 6. P. 121–126. https://doi.org/10.4252/WJSC.V2.I6.121
Seto E., Yoshida M. Erasers of histone acetylation: The histone deacetylase enzymes // Cold Spring Harb Perspect Biol. 2014. V. 6. № 4. a018713. https://doi.org/10.1101/CSHPERSPECT.A018713
Shkumatov A., Baek K., Kong H. Matrix rigidity-modulated cardiovascular organoid formation from embryoid bodies // PLoS One. 2014. V. 14. № 9. 4 PMID: 24732893; PMCID: PMC3986240.https://doi.org/10.1371/journal.pone.0094764
Takahashi K., Yamanaka S. Induction of pluripotent stem cells from mouse embryonic and adult fibroblast cultures by defined factors // Cell. 2006. V. 126. № 4. P. 663–676. https://doi.org/10.1016/j.cell.2006.07.024
Teslaa T., Chaikovsky A.C., Lipchina I. et al. a-Ketoglutarate accelerates the initial differentiation of primed human pluripotent stem cells cell metabolism differentiation of primed human pluripotent stem cells // Cell Metabolism. 2016. V. 24. P. 485–493. https://doi.org/10.1016/j.cmet.2016.07.002
Toyooka Y., Shimosato D., Murakami K. et al. Identification and characterization of subpopulations in undifferentiated ES cell culture // Development. 2008. V. 135. № 5. P. 909–918. https://doi.org/10.1242/DEV.017400
Zhao M., Tang Y., Zhou Y., Zhang J. Deciphering role of wnt signalling in cardiac mesoderm and cardiomyocyte differentiation from human iPSCs: Four-dimensional control of Wnt pathway for hiPSC-CMs differentiation // Sci. Rep. 2019. V. 18. № 9. 1. PMID: 31852937; PMCID: PMC6920374.https://doi.org/10.1038/s41598-019-55620-x