Разработан новый субстрат для миогенной дифференцировки из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток

Ключевым препятствием для медицинского применения клеток и тканей, полученных из индуцированных плюрипотентных стволовых (iPS) клеток, является субстрат для их культивирования и дифференцировки. Существующие протоколы получения миоцитов и мышечных стволовых клеток (MuSCs) из iPS-клеток имеют низкую эффективность и требуют использования животного субстрата Matrigel.

Японские исследователи разработали и проверили новый рекомбинантный белок внеклеточного матрикса — фрагменты ламинина нового поколения (NGLFs) — для дифференцировки iPS-клеток в мышечные клетки. Результаты опубликованы в Advanced Science 29 апреля 2024 года.

Известные рекомбинантные фрагменты ламинина E8 (LM-E8) не поддерживают миогенную дифференцировку. Учёные предположили, что ключевую роль в Matrigel играет перлекан — мультифункциональный гепарансульфат-протеогликан (HSPG). Они создали вариант LM-E8, присоединённый к домену 1 перлекана с тремя цепями гепарансульфата (D1-HS).

Наибольшее улучшение миогенной дифференцировки показала изоформа p421, превзошедшая даже Matrigel. Анализ маркеров дифференцировки на стадиях примитивной полоски (PS), параксиальной мезодермы (PM) и дермомиотома (DM) подтвердил превосходство p421 над другими вариантами NGLFs.

Было установлено, что p421 специфически поддерживает дифференцировку до стадии PM. С помощью гепаритиназы и сурфена учёные выяснили, что положительный эффект в основном обусловлен HS-фрагментом. Блокировка сигнальных рецепторов показала, что p421 действует преимущественно через путь bFGF-FGFR-EGF, способствуя индукции PM и экспрессии генов HOX.

Эксперименты с вариантами p421, где HS-фрагмент присоединялся к N-концу β- или γ-цепи LM-E8, показали, что ориентация конъюгации критически важна. Исходная p421 имела значительно более сильный эффект. Учёные заключили, что p421, вероятно, способствует димеризации FGFR, приближая связанные с HS факторы роста FGF к поверхности клетки.

Для демонстрации эффективности p421 были использованы iPS-клеточные линии, моделирующие мышечные дистрофии Дюшенна (DMD) и Миоши (MM). p421 значительно улучшила миогенную дифференцировку во всех линиях и в различных средах для культивирования.

Разработанный рекомбинантный протеогликановый субстрат существенно усиливает миогенную дифференцировку. Ожидается, что NGLFs помогут создать высокоэффективные, ксеноген-свободные протоколы для получения мышечных клеток из iPS-клеток для медицинского применения при различных миопатиях.