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RNA-seq助力N-cadherin增強(qiáng)間充質(zhì)基質(zhì)細(xì)胞（MSC）心臟保護(hù)作用的研究

2021-03-03

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期刊：Circulation Research

影響因子：14.467

文章題目：N-Cadherin Overexpression Mobilizes the Protective Effects of Mesenchymal Stromal Cells Against Ischemic Heart Injury Through a β-Catenin–Dependent Manner

技術(shù)手段：腺病毒的構(gòu)建和轉(zhuǎn)染，siRNA介導(dǎo)的基因敲除，RNA-seq，qRT-PCR，免疫共沉淀，western blot等；

派森諾生物與中國(guó)人民解放軍空軍軍醫(yī)大學(xué)（第四軍醫(yī)大學(xué)）攜手合作，于近期在Circulation Research上發(fā)表N-cadherin增強(qiáng)間充質(zhì)基質(zhì)細(xì)胞（MSC）心臟保護(hù)作用的研究成果。

研究背景

以間充質(zhì)基質(zhì)細(xì)胞（MSC）為基礎(chǔ)的治療對(duì)缺血性心力衰竭很有希望。然而，由于細(xì)胞滯留率低和旁分泌功能差，其療效有限。黏附、遷移、分化和旁分泌功能在間充質(zhì)干細(xì)胞的存活/保留和修復(fù)能力中發(fā)揮重要作用。N-鈣粘素(N-cadherin)是一種能夠增強(qiáng)細(xì)胞-細(xì)胞粘附的跨膜蛋白，最近引起干細(xì)胞生物學(xué)領(lǐng)域的關(guān)注。本研究旨在探討N-cadherin是否以及如何調(diào)節(jié)間充質(zhì)基質(zhì)細(xì)胞的滯留和對(duì)缺血性心力衰竭的心臟保護(hù)能力。

研究?jī)?nèi)容

N-cadherin過表達(dá)增加脂肪組織來源的間充質(zhì)基質(zhì)細(xì)胞（ADSC）保留率

用含有N-cadherin、T-cadherin的腺病毒或腺病毒對(duì)照轉(zhuǎn)染成年小鼠來源的ADSC。心肌梗死(MI)或心肌缺血/再灌注（MI/R）后立即將標(biāo)記的ADSC心肌內(nèi)注射于梗死邊緣區(qū)3個(gè)部位。結(jié)果表明N-cadherin過表達(dá)顯著增加了心肌梗死后7天內(nèi)移植ADSC的生存/保留。

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圖1：N-cadherin過表達(dá)增加了脂肪組織來源的間充質(zhì)基質(zhì)細(xì)胞(ADSC)保留率。

心肌內(nèi)注射過表達(dá)N-cadherin的ADSC可預(yù)防心肌梗死(MI)后或心肌缺血/再灌注（MI/R）的心臟損傷

實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了N-cadherin過表達(dá)能增強(qiáng)ADSC對(duì)心肌梗死后小鼠的心臟修復(fù)作用，以及ADSC-Ncad的心臟保護(hù)作用。組織學(xué)分析顯示，轉(zhuǎn)染腺病毒-N-cadherin的ADSC在心肌梗死后3天可顯著保留毛細(xì)血管密度，增加心肌細(xì)胞增殖（圖2），中度減少心肌細(xì)胞凋亡。更重要的是，轉(zhuǎn)染腺病毒- N-cadherin的ADSC顯著增加了心肌梗死和心肌缺血/再灌注小鼠的左室射血分?jǐn)?shù)和減少纖維化。

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圖2 心肌梗死(MI)后，過表達(dá)N-cadherin的ADSC心肌內(nèi)注射可保持毛細(xì)血管密度，增加心肌細(xì)胞增殖

體外實(shí)驗(yàn)表明N-cadherin過表達(dá)可促進(jìn)ADSC-心肌細(xì)胞粘附和遷移，增強(qiáng)ADSC增加血管生成和心肌細(xì)胞增殖的能力

N-Cadherin過表達(dá)通過基質(zhì)金屬蛋白酶（MMP）10、13和HGF促進(jìn)ADSC遷移和旁分泌血管生成

為了確定N-cadherin過表達(dá)對(duì)ADSC影響的分子機(jī)制，利用ADSC-con和ADSC-Ncad的RNA樣本進(jìn)行RNA測(cè)序分析（圖3）。結(jié)果顯示，135個(gè)基因的表達(dá)顯著增加。作者推斷N-cadherin過表達(dá)顯著上調(diào)的分泌蛋白有可能是心臟保護(hù)作用的原因。在篩選出關(guān)注的8個(gè)基因中，結(jié)合實(shí)時(shí)聚合酶鏈反應(yīng)、Western blot和ELISA分析證實(shí)N-cadherin過表達(dá)的遷移作用是由MMP-10和MMP-13介導(dǎo)的，而不是HGF。而MMP-10、MMP-13、HGF均參與了N-cadherin的促血管生成作用。

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圖3：基因表達(dá)熱圖分析（│log2FoldChange│>0.6,P<0.05）

N-Cadherin過表達(dá)增強(qiáng)ADSC能力，通過HGF的分泌，介導(dǎo)了N-cadherin的增殖作用

N-cadherin過表達(dá)及免疫共沉淀等實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明N-cadherin過表達(dá)顯著增加了N-cadherin/β-catenin復(fù)合體的形成和活性

N-Cadherin過表達(dá)以β-Catenin依賴的方式促進(jìn)ADSC粘附、遷移、旁分泌功能和心臟保護(hù)

通過小干擾rna介導(dǎo)的β-catenin下調(diào)導(dǎo)致N-cadherin過表達(dá)誘導(dǎo)的MMP-10/13和HGF蛋白表達(dá)顯著受阻。ADSC導(dǎo)致的心肌細(xì)胞增殖的增加、ADSC- ncad的心臟保護(hù)作用，心肌梗死8周后的心功能和心肌纖維化程度等等均受到抑制（圖4）。綜上所述，這些數(shù)據(jù)表明，在ADSC中N-cadherin過表達(dá)的促進(jìn)作用、促遷移作用、促血管生成作用、增殖作用和心臟保護(hù)作用是通過β-連環(huán)蛋白的上調(diào)和激活介導(dǎo)的。

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圖4 N-Cadherin過表達(dá)以β-catenin依賴的方式促進(jìn)脂肪組織來源的間充質(zhì)基質(zhì)細(xì)胞(ADSC)粘附、遷移、旁分泌功能和心臟保護(hù)。

N-Cadherin/β-Catenin細(xì)胞分布差異調(diào)控N-Cadherin過表達(dá)介導(dǎo)的ADSC生物效應(yīng)。

結(jié) 論

本研究證實(shí)N-cadherin過表達(dá)通過β-catenin介導(dǎo)的MMP-10/MMP-13/HGF的表達(dá)和產(chǎn)生增強(qiáng)間充質(zhì)基質(zhì)細(xì)胞對(duì)缺血性心力衰竭的保護(hù)作用，促進(jìn)ADSC/心肌細(xì)胞粘附和ADSC保留。

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N-cadherin過表達(dá)增加了心肌內(nèi)注射后脂肪組織源性間充質(zhì)基質(zhì)細(xì)胞(ADSC)的遷移、粘附和旁分泌特性及其心臟保護(hù)作用。

研究發(fā)現(xiàn)了β-catenin表達(dá)及其細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)在N-cadherin信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中的重要作用。N-cadherin對(duì)ADSC的粘附作用是通過增加N-cadherin/β-catenin表達(dá)和相互作用介導(dǎo)的。窖蛋白（Caveolin）介導(dǎo)的β-catenin核易位在N-cadherin過表達(dá)誘導(dǎo)的基因表達(dá)和隨后的功能調(diào)控中起關(guān)鍵作用。

MP-10、MMP-13和HGF是N-cadherin/β-catenin的下游分子，在N-cadherin對(duì)ADSC遷移和旁分泌功能(包括血管生成和心肌細(xì)胞增殖)的影響中發(fā)揮著重要作用。

本研究的RNA測(cè)序和數(shù)據(jù)分析工作由上海派森諾生物科技股份有限公司完成。

原文索引：

Wenjun Yan, Chen Lin, Yongzhen Guo, et al. N-Cadherin Overexpression Mobilizes the

Protective Effects of Mesenchymal Stromal Cells Against Ischemic Heart Injury Through a

β-Catenin–Dependent Manner. Circulation Research. 2020;126: 857-874. DOI: 10.1161/CIRCRESAHA.119.315806:

文章鏈接：

https://www.ahajournals.org/doi/10.1161/CIRCRESAHA.119.315806?url_ver=Z39.88-2003&rfr_id=ori:rid:crossref.org&rfr_dat=cr_pub%20%200pubmed

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