Propiedades de adhesión, migración y motilidad de células Stem hematopoyéticas expandidas con citoquinas de acción temprana en co-cultivo con células Stem mesenquimales

Abstract

Las células stem hematopoyéticas (CSH) fundamentan el trasplante hematológico. La expansión con citoquinas de CSH altera su capacidad para injertarse en la MO. El co-cultivo de CSH con células stem mesenquimales (CSM) optimiza la actividad como injerto de las CSH. Aunque los procesos de adhesión y migración celular son fundamentales para el injerto adecuado de las CSH, el cocultivo de CSH con CSM no ha sido estudiado desde esa perspectiva. En este trabajo se plantea que las CSM puedan modificar las capacidades adhesivas, migratorias y de motilidad de CSH expandidas con citoquinas. Se estableció un modelo comparativo de CSH expandidas en presencia o ausencia de CSM con una normalización previa de la diferenciación hematopoyética. De esta forma los grupos comparados mantuvieron la expresión de CD34, CD133, Gata-2 y Notch-1, así como su clonogenicidad. Al evaluar los efectos del co-cultivo sobre la migración de CSH se encontró que este favorece la migración mediada por VCAM-1, un sustrato central en la anidación medular de las CSH más primitivas. También el co-cultivo de expansión de CSH con CSM modula la quimiotaxis inducida por agentes combinados en las CSH expandidas con citoquinas. Se demostró que las CSH expandidas con citoquinas tienen una motilidad aumentada y no responden a la inducción migratoria mediada por VCAM-1. Por el contrario, las CSH co-cultivadas se inducen quimiotácticamente y en respuesta a VCAM-1. Las CSM inhiben la inactivación de LFA-1 de las CSH expandidas a través de factores solubles y contacto directo. Esta inactivación afecta la migración de CSH mediada por VLA-4 sugiriendo una regulación cruzada entre estas integrinas. Se encontró que las CSM regulan negativamente la fosforilación de Akt de las células co-cultivadas. Se propone que la expresión de PTEN suprimida por el factor trascripcional Bmi-1 pueda estar involucrada. Estas modificaciones se discuten a la luz de la anidación de CSH a la MO y su impacto en trasplantes. / Abstract. Hematopoietic stem cells (HSC) lose their capacity for engraftment during ex-vivo cytokine expansion. It has been shown that mesenchymal stem cells (MSC) improve HSC transplantability; however, the molecular mechanisms responsible for this effect have not yet been completely elucidated. Even though cell migration and adhesion are fundamental processes for HSC engraftment, co-culture of HSC with MSC has not been studied from this perspective. In this work we have established a comparative model of cytokine-expanded HSC in the presence or absence of CSM in which both groups expressed the same levels of CD34, CD133, Gata-2 and Notch-1. Both groups also had the same clonogenic abilities showing a comparable undifferentiated phenotype. In this work we reported that expanding HSC in co-culture with MSC enhanced a vascular cell adhesion molecule (VCAM-1)-dependent pro-migratory phenotype. MSC did not regulate HSC expression of CD49d (VCAM-1 counter-receptor molecule) but did decrease the cytokine-induced HSC VCAM-1-mediated pro-adhesive phenotype. It was demonstrated that cytokine-expanded HSC had an increased motility that was modulated by MSC co-culturing. Akt phosphorylation was downmodulated in HSC by MSC co-culturing, finding that could be correlated with the less motile phenotype and Bmi-1 downmodulation in co-cultured HSC. Co-culture with MSC reduced the expression of the inactive conformation of lymphocyte function associated antigen (LFA-1) at the HSC uropod, and induced higher expression of an LFA-1 activation epitope. Interestingly, VCAM-1-dependent HSC migration was modulated by targeting this LFA-1 high affinity form, suggesting integrin crossregulation. VCAM-1-mediated HSC transmigration appeared to favor the more primitive HSC immunophenotype. Our results suggested that co-culture with MSC improves VCAM-1-dependent migration of primitive HSC, which is affected in exvivo cytokine-expanded HSC.