Влияние гипоксии на миогенную дифференцировку и мультипотентность стволовых клеток, происходящих из скелетной мышцы, у мышей

Введение: Стволовые клетки, происходящие из скелетной мышцы (СК), стали перспективным инструментом для изучения миогенной дифференцировки и оптимизации регенерации тканей. Регенерация мышечной ткани обеспечивается СК — популяцией самовозобновляющихся клеток, расположенных под базальной мембраной мышечных волокон. В настоящем исследовании изучали влияние гипоксии на регенераторный потенциал СК в их естественном микроокружении и после выделения в монослойную культуру с использованием индуцированной эктопической дифференцировки. Кроме того, оценивали влияние пониженного содержания кислорода на протоколы миогенной дифференцировки миобластной клеточной линии C2C12.

Методы: Мышцы задних конечностей мышей дикого типа использовали для выделения СК вместе с мышечными волокнами, а также для получения миобластов с применением магнитных частиц. Дифференцировку СК по миогенному, адипогенному и остеогенному направлениям индуцировали в условиях нормоксии (21% кислорода) и гипоксии (3% кислорода). Пролиферацию и дифференцировку СК оценивали с помощью гистологического окрашивания, иммуногистохимии, морфометрического анализа и ОТ-ПЦР в реальном времени. Статистический анализ данных выполняли методом дисперсионного анализа ANOVA.22

Результаты: Через 48 ч гипоксии после индукции дифференцировки отмечались усиление пролиферации и повышение подвижности СК. После индукции миогенной дифференцировки в условиях гипоксии через 72 ч увеличивалось число недифференцированных клеток, положительных по Pax7. На 7-е сутки после индукции миогенной дифференцировки гипоксия повышала экспрессию MyoD и снижала экспрессию Myogenin. При соответствующей индукции гипоксия стимулировала адипогенную и остеогенную дифференцировку СК, что подтверждалось окрашиванием Oil Red O и ализариновым красным S. В условиях гипоксии по сравнению с нормоксией до 14-х суток повышалась экспрессия маркеров адипогенной дифференцировки — рецептора γ, активируемого пролифератором пероксисом (PPARγ), и белка 4, связывающего жирные кислоты (FABP4). Усиление остеогенной дифференцировки в условиях гипоксии подтверждалось повышением экспрессии остеокальцина и остеопонтина до 14-х суток, а также увеличением отложения кальция на 21-е сутки. Воздействие гипоксии увеличивало по сравнению с нормоксической культурой число адипоцитов и размер жировых вакуолей в каждом адипоците. Добавление дексаметазона к среде для дифференцировки в условиях гипоксии повышало эффективность протокола миогенной дифференцировки C2C12 за счёт увеличения длины миотрубок.

Выводы: Гипоксия увеличивает клеточный ресурс для клинического применения и стимулирует мультипотентность СК, что может способствовать регенерации тканей.