RNAシーケンスにより、口腔・顎顔面組織のトランスクリプトームから多能性間葉系間葉系間葉系間質細胞の位置記憶を明らかにした

RNA-sequencing reveals positional memory of multipotent mesenchymal stromal cells from oral and maxillofacial tissue transcriptomes.

• Satoru Onizuka
• Yasuharu Yamazaki
• Sung-Joon Park
• Takayuki Sugimoto
• Yumiko Sone
• Sebastian Sjöqvist
• Michihiko Usui
• Akira Takeda
• Kenta Nakai
• Keisuke Nakashima
• Takanori Iwata

抄録

背景:

多能性間葉系間葉系間質細胞（ＭＳＣ）は、多数の組織から分離することができ、その免疫調節能および再生能のため、治療的臨床応用のための魅力的な候補である。MSCを定義するための最低限の基準は定義されていますが、その特性は由来組織によって異なることが知られています。

BACKGROUND: Multipotent mesenchymal stromal cells (MSCs) can be isolated from numerous tissues and are attractive candidates for therapeutic clinical applications due to their immunomodulatory and pro-regenerative capacity. Although the minimum criteria for defining MSCs have been defined, their characteristics are known to vary depending on their tissue of origin.

結果:

我々は、3種類の骨（腸骨（I-MSCs）、上顎（Mx-MSCs）、下顎（Md-MSCs））からヒトMSCを分離し、特徴付けを行い、次世代RNAシーケンスを行った。さらに、他の細胞種間の遺伝子発現プロファイルを調べるために、ヒト胚性幹細胞（ESC）と数種類のMSC（歯根膜由来MSC、骨髄由来MSC、ESC由来MSC）のRNA-seqデータをSequence Reads Archiveから取得し、トランスクリプトームプロファイルを解析しました。その結果、顎骨や歯根膜などの顎顔面組織由来のMSCはHOX陰性、その他の組織由来のMSCはHOX陽性であることがわかりました。また、顎顔面組織由来のMSX1、LHX8、BARX1は、顎顔面の発生に必須の制御因子であることが明らかになりました。また、MSCは頸部由来のものとそうでないものに分けられるが、遺伝子発現プロファイルの違いから、ESCを除くすべてのCD抗原遺伝子の発現パターンは、異なるタイプのMSCでも類似していた。

RESULTS: We isolated and characterized human MSCs from three different bones (ilium (I-MSCs), maxilla (Mx-MSCs) and mandible (Md-MSCs)) and proceeded with next generation RNA-sequencing. Furthermore, to investigate the gene expression profiles among other cell types, we obtained RNA-seq data of human embryonic stem cells (ESCs) and several types of MSCs (periodontal ligament-derived MSCs, bone marrow-derived MSCs, and ESCs-derived MSCs) from the Sequence Reads Archive and analyzed the transcriptome profile. We found that MSCs derived from tissues of the maxillofacial region, such as the jaw bone and periodontal ligament, were HOX-negative, while those derived from other tissues were HOX-positive. We also identified that MSX1, LHX8, and BARX1, an essential regulator of craniofacial development, were strongly expressed in maxillofacial tissue-derived MSCs. Although MSCs may be divided into two distinct groups, the cells originated from over the neck or not, on the basis of differences in gene expression profile, the expression patterns of all CD antigen genes were similar among different type of MSCs, except for ESCs.

結論:

これらの結果は、解剖学的に異なる部位のMSCは、一般的な特徴付け基準を満たしているにもかかわらず、遺伝子発現や位置記憶に顕著な違いがあることを示唆している。解剖学的に異なる部位由来の間質細胞は、一般的にはMSCに分類されるが、その分化能や生物学的機能は様々である。私たちは、MSCが遺伝子発現プロファイルを含む発生過程に関するオリジナルの組織記憶を保持している可能性を示唆した。このことは、MSCを用いた再生治療のための適切な細胞源を選択する際に重要な影響を与える可能性があります。

CONCLUSIONS: Our findings suggest that MSCs from different anatomical locations, despite meeting general characterization criteria, have remarkable differences in gene expression and positional memory. Although stromal cells from different anatomical sources are generally categorized as MSCs, their differentiation potential and biological functions vary. We suggested that MSCs may retain an original tissue memory about the developmental process, including gene expression profiles. This could have an important impact when choosing an appropriate cell source for regenerative therapy using MSCs.