| License: Publishing license for publications including print on demand (6MB) |
- URN to cite this document:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-236719
- DOI to cite this document:
- 10.5283/epub.23671
| Item type: | Thesis of the University of Regensburg (PhD) |
|---|---|
| Open Access Type: | Primary Publication |
| Date: | 11 April 2012 |
| Referee: | Prof. Dr. Dr. Torsten Reichert and Prof. Dr. Ludwig Aigner and PD Dr. Martin Proescholdt |
| Date of exam: | 29 March 2012 |
| Institutions: | Medicine > Lehrstuhl für Neurologie |
| Interdisciplinary Subject Network: | Not selected |
| Keywords: | Mesenchymale Stammzellen, neuronale Stammzellen, MSC CM, cell fate decision, cell priming |
| Dewey Decimal Classification: | 600 Technology > 610 Medical sciences Medicine |
| Status: | Published |
| Refereed: | Yes, this version has been refereed |
| Created at the University of Regensburg: | Yes |
| Item ID: | 23671 |
Abstract (English)
Adult stem cells reside in different tissues and organs of the adult organism. Among these cells are Mesenchymal stem cells (MSCs) and neural stem and progenitor cells (NSPCs). NSPCs can be obtained from different regions of the central nervous system (CNS) and can be expanded for several passages as neurospheres (NSph) in vitro. These NSph cultures are considered as in vitro model for NSPCs ...
Abstract (English)
Adult stem cells reside in different tissues and organs of the adult organism. Among these cells are Mesenchymal stem cells (MSCs) and neural stem and progenitor cells (NSPCs).
NSPCs can be obtained from different regions of the central nervous system (CNS) and can be expanded for several passages as neurospheres (NSph) in vitro. These NSph cultures are considered as in vitro model for NSPCs neurogenesis and gliogenesis.
MSCs, which are located in the bone marrow display neuroprotective, as well as neuroregenerative effects on the adult CNS. Although the underlying mechanisms are largely unidentified, in vitro experiments revealed that soluble factors derived from MSCs affect the adult NSPCs biology in a species-dependent manner. Thus, in a previous study Rivera et al. demonstrated that soluble factors derived from MSCs induce oligodendrogenesis in differentiating adult rNSPCs (Rivera et al., 2006), whereas MSCs induce astro-/ neurogenesis in differentiating adult mNSPCs (Bai et al., 2007). However, since lineage specification also occurs in proliferating progenitors and not only during differentiation, this thesis aims to investigate if soluble factors derived from MSCs are able to prime and / or change the fate of proliferating NSphs. Furthermore this dissertation proposes to confirm whether these effects of MSC-CM occur in a species dependent manner. Therefore, the effects of conditioned medium derived from MSCs (MSC-CM) on adult rat and mouse derived NSph cell morphology, proliferation, cell-specific marker expression profile, response to growth factor withdrawal (GFW), and the expression of neural, astroglial and oligodendroglial fate determinants were analyzed. While MSC-CM did not affect the proliferation rate, it induced the formation of cellular processes and the adherence of proliferating rNSphs. Even the expression profile of progenitor and precursor markers was not affected by MSC-CM in rNSPCs, the formation of MBP positive oligodendrocytes after GFW was boosted by MSC-CM pre-treatment. Moreover, in proliferating rNSphs, MSC-CM reduced the anti-oligodendrogenic determinant inhibitor of differentiation-2 (Id2), thus increasing the relative proportion of the pro-oligodendrogenic factor Olig2 expression.
However, mNSphs displayed a reduction in the proliferating rate and a reduction of the absolute cell number. The increased levels of lactate dehydrogenase (LDH) after treatment with MSC-CM indicate that MSCs induced cell death through apoptosis or necrosis in proliferating mNSphs.
Interestingly MSC-CM did not prime mNSPCs towards an oligodendrogenic fate decision, but it let increase the astroglial / and stem cell marker levels. In the same manner MSC-CM the self-renewal determinants Bmi1 and Sox-2 were increased after MSC-CM treatment. Although these data suggest a stem-cell character of these remaining mNSphs it is not possible to conclude that they display a full-fully stem cell phenotype.
In summary, soluble factors derived from MSCs prime proliferating rNSPCs towards oligodendrogenic fate, whereas it looks like that MSC-CM could shift mNSPCs back to a stem cell phenotype. The present findings underscore the potential use of MSCs in cell therapies like for example for remyelination or autologous cell therapy.
Translation of the abstract (German)
In den verschiedenen Geweben des erwachsenen Organismus kommen unterschiedliche Arten von Stammzellen vor. Dazu gehören neben Mesenchymalen Stammzellen aus dem Knochenmark (MSCs), Neuronale Stamm- und Progenitor-Zellen (NSPCs) aus verschiedenen Regionen des Zentralen Nervensystems (CNS). Diese NSPCs können in der Form von Neurospheres (NSph) als in-vitro-Modell für die adulte Neuro- und ...
Translation of the abstract (German)
In den verschiedenen Geweben des erwachsenen Organismus kommen unterschiedliche Arten von Stammzellen vor. Dazu gehören neben Mesenchymalen Stammzellen aus dem Knochenmark (MSCs), Neuronale Stamm- und Progenitor-Zellen (NSPCs) aus verschiedenen Regionen des Zentralen Nervensystems (CNS). Diese NSPCs können in der Form von Neurospheres (NSph) als in-vitro-Modell für die adulte Neuro- und Gliogenese kultiviert werden.
Auch wenn die zu Grunde liegenden Mechanismen ungeklärt sind, zeigten in-vitro-Experimente, dass von MSCs produzierte lösliche Faktoren in speziesspezifischer Weise neuroprotektiv und neuroregenerativ wirken. So lassen diese löslichen Faktoren differenzierende NSphs der Ratte zu Oligodendrozyten ausreifen (Rivera et al., 2006). Im Gegensatz dazu führen diese Mediatoren zur Astro- und Neurogenese differenzierender NSphs bei der Maus (Bai et al., 2007). Diese Linienspezifizierung der Zellidentität von Stammzellen tritt allerdings nicht nur während der Differenzierungsphase, sondern bereits im Proliferationsstadium auf. Vor diesem Hintergrund untersucht die vorliegende Doktorarbeit, ob lösliche Mediatoren von MSCs fähig sind, die Zellidentität proliferierender NSphs zu primen oder sie zu verändern. Im Weiteren geht diese Arbeit der Frage nach, ob diese Effekte in speziesspezifischer Weise auftreten.
Um diese Fragenstellungen zu klären, wurden proliferierende NSphs von Maus und Ratte mit Nährmedium inkubiert, womit vorher MSCs inkubiert worden waren (MSC-CM). Im Folgenden wurden die Auswirkungen von MSC-CM, welches die löslichen Faktoren der MSCs enthält, auf die Zellmorphologie, die Proliferationsrate, die zellspezifische Markerexpression, die Reaktion auf Wachstumsfaktorentzug (GFW) und die Expression von neuronalen, astroglialen und oligodendroglialen Markern untersucht.
Während MSC-CM die Proliferationsrate von rNSphs unbeeinflusst ließ, führte es zur Adhäsion der rNSphs und zur Bildung von zellulären Fortsätzen. Das Progenitormarkerprofil der rNSphs war dabei nicht verändert, wohingegen die Ausreifung zu MBP-positiven Oligodendrozyten durch MSC-CM gesteigert wurde. In diesem Zusammenhang zeigte sich außerdem, dass der anti-oligodendrogene Transkriptionsfaktor inhibitor of differentiation 2 (Id2) reduziert war, während der pro-oligodendrogene Transkriptionsfaktor Olig2 erhöht war.
Im Gegensatz zu diesen Ergebnissen zeigte die Behandlung von mNSphs mit MSC-CM eine Reduktion der Proliferationsrate und eine Abnahme der absoluten Zellzahl. Gleichzeitig führte die Behandlung mit MSC-CM zu einer Erhöhung der Laktatdehydrogenasespiegel, verbunden mit der Annahme, dass die im MSC-CM gelösten Faktoren zum Zelltod der mNSphs durch Apoptose oder Nekrose führen. Im Gegensatz zu rNSphs reiften proliferierende mNSphs nicht zu Oligodendrozyten aus. Allerdings fand sich eine Erhöhung von astroglialen Markern ebenso wie eine Erhöhung von Stammzellmarkern. Gleichzeitig zeigte sich eine Erhöhung der Selbsterneuerungsmarker Bmi-1 und Sox-2, was auf potentielle Stammzellen Rückschlüsse ziehen lässt. Auch wenn diese Daten vermuten lassen, dass es sich hierbei um Stammzellen handeln könnte, reichen diese Ergebnisse für einen endgültigen Beweis des Stammzellcharakters nicht aus.
Die in dieser Doktorarbeit beschriebene Möglichkeit, in die Biologie proliferierender NSPCs einzugreifen, spielt für die Entwicklung neuer medizinischer Therapien eine große Rolle. Insbesondere die Bedeutung für die Bereiche der Remyelinisation und der autologen Zelltherapie werden durch diese Experimente unterstrichen.
Metadata last modified: 26 Nov 2020 04:54
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