機械的に伸展した靭帯線維芽細胞との共培養後の間葉系幹細胞におけるテナシン-Cの発現とその関連経路の解明

Tenascin-C expression and its associated pathway in BMSCs following co-culture with mechanically stretched ligament fibroblasts.

• Bing Zhao
• Mengcai Hu
• Huiyan Wu
• Chenchen Ren
• Jianshe Wang
• Shihong Cui

抄録

骨盤臓器脱（POP）の発生は、支持靭帯の細胞外マトリックスタンパク質の変化と密接に関連している。骨髄間葉系幹細胞（BMSCs）は、骨芽細胞、軟骨芽細胞、脂肪細胞を含む様々な細胞型に分化する可能性があります。そのため、BMSCはPOPの臨床成績を向上させる可能性を秘めています。テナシンCは、ECMに存在する大型の糖タンパク質であり、形態形成運動や組織のパターニング・修復に関与している。本研究の目的は、骨盤靭帯線維芽細胞によって誘導されたBMSCsの分化過程において、機械的ストレッチがテナシン-Cの発現に及ぼす影響を調べることであった。7日齢のSprague DawleyラットからBMSCsを単離した。ラット骨盤靭帯から線維芽細胞を得て、4回目の通過時に、1Hz、周期的な片方向の機械的ストレッチ刺激で10％の変形を与え、その後、BMSCsとの共培養を行った。その結果、伸展させた線維芽細胞との共培養では、機械的刺激を与えない群と比較して、テナシン-Cおよびトランスフォーミング成長因子(TGF)-βの発現量が増加していた。抗TGF-β1抗体を中和し、TGF-β受容体、マイトジェン活性化プロテインキナーゼ(MAPK)キナーゼ、MAPKの阻害剤を投与することで、TGF-βおよび機械的ストレッチによって誘導されるテナシン-Cの発現レベルを低下させた。本研究の結果、骨盤靭帯線維芽細胞と機械的ストレッチを共培養したBMSCsにおけるテナシン-C発現レベルの調節は、可溶性成長因子TGF-βとMAPKシグナル伝達経路を介して行われていることが示唆されました。また、これらの結果から、間接的な共培養系において、機械的ストレッチ刺激を加えた骨盤靭帯線維芽細胞は、テナシン-Cの合成を促進し、骨盤靭帯線維芽細胞へのBMSC分化を促進する可能性があることが示唆された。

The occurrence of pelvic organ prolapse (POP) is closely associated with alterations in the extracellular matrix proteins of the supporting ligament. Bone marrow mesenchymal stem cells (BMSCs) have the potential to differentiate into a variety of cell types, including osteoblasts, chondroblasts and adipocytes. Therefore, BMSCs have the potential to improve the clinical outcomes of POP. Tenascin‑C is a large glycoprotein that is present in the ECM and is involved in morphogenetic movements, and tissue patterning and repair. The aim of the present study was to investigate the effect of mechanical stretching on tenascin‑C expression during the differentiation of BMSCs induced by pelvic ligament fibroblasts. BMSCs were isolated from 7‑day‑old Sprague Dawley rats. Fibroblasts were obtained from rat pelvic ligaments and, at the fourth passage, were subjected to 10% deformation with 1 Hz, periodic one‑way mechanical stretch stimulation, followed by co‑culture with BMSCs. The co‑culture with stretched fibroblasts increased tenascin‑C and transforming growth factor (TGF)‑β expression levels, compared with groups without mechanical stimulation. Neutralizing anti‑TGF‑β1 antibodies, and inhibitors of TGF‑β receptor, mitogen‑activated protein kinase (MAPK) kinase and MAPK, decreased tenascin‑C expression levels induced by TGF‑β and mechanical stretching. The results of the present study suggested that the regulation of tenascin‑C expression levels in BMSCs co‑cultured with mechanically stretched pelvic ligament fibroblasts is mediated via the soluble growth factor TGF‑β and the MAPK signaling pathway. In addition, these results indicated that in an indirect co‑culture system, pelvic ligament fibroblasts with mechanical stretch stimulation may promote the synthesis of tenascin‑C and BMSC differentiation into pelvic ligament fibroblasts.