Cellula progenitrice cardiaca

Biologia delle comunicazioni volume 6, numero articolo: 800 (2023) Citare questo articolo

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Le vescicole extracellulari (EV) sono particelle racchiuse in un doppio strato lipidico di derivazione cellulare che svolgono un ruolo nella comunicazione intercellulare. È stato dimostrato che gli EV derivati ​​​​da cellule progenitrici cardiache (CPC) proteggono il miocardio dal danno da ischemia-riperfusione attraverso effetti pro-angiogenici. Tuttavia, i meccanismi alla base dell’angiogenesi indotta da CPC-EV rimangono sfuggenti. Qui, abbiamo scoperto che la capacità dei CPC-EV di indurre l'angiogenesi in vitro e di stimolare percorsi pro-sopravvivenza veniva persa con l'esposizione delle cellule del donatore di EV allo ionoforo di calcio. Il confronto proteomico di preparazioni EV attive e non attive insieme all'analisi fosfoproteomica delle cellule endoteliali attivate ha identificato il contributo della proteina candidata PAPP-A e della via di segnalazione IGF-R nell'attivazione cellulare mediata da EV, che è stato ulteriormente convalidato utilizzando test di angiogenesi in vitro . Dopo un'ulteriore purificazione utilizzando l'ultracentrifugazione con gradiente di iodixanolo, gli EV hanno parzialmente perso la loro attività, suggerendo un ruolo costimolatorio delle proteine ​​co-isolate nell'attivazione delle cellule riceventi. La nostra maggiore comprensione dei meccanismi di attivazione cellulare mediata da CPC-EV aprirà la strada a terapie più efficienti basate su EV.

L'infarto del miocardio provoca una massiccia perdita di cardiomiociti, con conseguente formazione di cicatrici e rimodellamento cardiaco che portano a una compromissione della funzione cardiaca e progressivamente allo sviluppo di insufficienza cardiaca. Sebbene l'insufficienza cardiaca non possa essere prevenuta con le terapie attualmente disponibili, recenti studi sugli animali hanno dimostrato che la funzione cardiaca post-infarto miocardico può essere migliorata mediante l'applicazione terapeutica di vescicole extracellulari (EV) derivate da cellule staminali e progenitrici cardiache (CPC)1,2 .

Gli EV sono nanoparticelle derivate dalle cellule racchiuse da un doppio strato lipidico che contengono carico biologico tra cui RNA, proteine ​​e lipidi e svolgono un ruolo nella normale omeostasi cellulare e nella comunicazione intercellulare3. Gli EV hanno la capacità di attivare le cellule bersaglio attraverso la presenza di molecole di adesione e recettori e tramite il rilascio di molecole bioattive derivate dalla cellula madre2,4. Dopo la somministrazione in vivo, gli EV rilasciati dai CPC Sca+ modulano i processi rigenerativi nel cuore promuovendo l'angiogenesi, diminuendo la fibrosi e inibendo l'apoptosi dei cardiomiociti e contribuendo così alla riparazione cardiaca5,6. È stato dimostrato che gli EV derivati ​​da altre fonti di cellule staminali forniscono miRNA e proteine ​​distinti a diverse cellule del cuore per promuovere il recupero cardiaco7,8,9. Nonostante i tentativi di documentare la composizione del CPC-EV, mancano studi funzionali e meccanicistici che chiariscano esattamente quali componenti nel complesso repertorio proteico siano responsabili della funzione riparativa. Inoltre, l’applicazione clinica dei veicoli elettrici derivati ​​da cellule staminali è ostacolata, tra gli altri, da problemi di riproducibilità legati alle differenze nell’attività terapeutica tra diversi isolamenti di veicoli elettrici10,11. La cromatografia ad esclusione dimensionale (SEC) è stata ampiamente adottata come metodo preferibile per l'isolamento degli EV12,13. Tuttavia, come per la maggior parte dei metodi finora utilizzati, non si ottiene una popolazione di veicoli elettrici completamente pura. È stato ipotizzato che le proteine ​​coisolate presenti nelle preparazioni di EV possano contribuire alla loro funzione terapeutica14,15,16,17,18. Pertanto, è necessaria una caratterizzazione funzionale più approfondita del contenuto di CPC-EV e la localizzazione di questo contenuto nei preparati CPC-EV per ottenere informazioni migliori sui meccanismi d'azione che portano a un'applicazione terapeutica più riproducibile dei CPC-EV. In questo studio, abbiamo deciso di svelare gli effetti mediati dalle proteine ​​dei CPC-EV sulle cellule endoteliali. Innanzitutto, abbiamo identificato i componenti proteici funzionali dei CPC-EV coinvolti nell'attivazione delle cellule endoteliali microvascolari umane (HMEC-1) confrontando il contenuto delle preparazioni EV funzionali e non funzionali (CPC-). Successivamente, abbiamo studiato il contributo delle singole proteine ​​associate agli EV, la proteina plasmatica A associata alla gravidanza (PAPP-A) e Nidogen-1 (NID1) all'angiogenesi mediata da CPC-EV mediante la generazione di EV knock-out (KO) che impiegano CRISPR /Tecnologia Cas9. Infine, abbiamo studiato il contributo delle proteine ​​associate a EV rispetto a quelle co-isolate alla funzione CPC-EV impiegando la purificazione basata sulla densità del gradiente di iodixanolo.