kpcczКомплексные проблемы сердечно-сосудистых заболеванийComplex Issues of Cardiovascular Diseases2306-12782587-9537Federal State Budgetary Institution “Research Institute for Complex Issues of Cardiovascular Diseases”10.17802/2306-1278-2020-9-2-74-81kpccz-717Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯORIGINAL STUDIESСравнение профиля генной экспрессии колониеформирующих эндотелиальных клеток из периферической крови человека и эндотелиальных клеток коронарной артерииComparison of gene expression profiles of human peripheral blood derived endothelial colony-forming cells and coronary artery endothelial cellshttps://orcid.org/0000-0002-1079-1956ВеликановаЕ. А.VelikanovaE. A.

Великанова Елена Анатольевна - кандидат биологических наук, научный сотрудник лаборатории клеточных технологий отдела экспериментальной и клинической кардиологии.

Сосновый бульвар, 6, Кемерово, 650002

Velikanova Elena A. - PhD, researcher at the Laboratory of Cell Technologies, Department of Experimental and Clinical Cardiology.

6, Sosonoviy Blvd., Kemerovo, 650002

velikanova_ea@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-8679-4857КутихинА. Г.KutikhinA. G.

Кутихин Антон Геннадьевич - кандидат медицинских наук, заведующий лабораторией фундаментальных аспектов атеросклероза отдела экспериментальной и клинической кардиологии.

Сосновый бульвар, 6, Кемерово, 650002

Kutikhin Anton G. - PhD, Head of the Laboratory of Fundamental Aspects of Atherosclerosis, Department of Experimental and Clinical Cardiology.

6, Sosonoviy Blvd., Kemerovo, 650002

https://orcid.org/0000-0002-4146-3373МатвееваВ. Г.MatveevaV. G.

Матвеева Вера Геннадьевна - кандидат медицинских наук, старший научный сотрудник лаборатории клеточных технологий отдела экспериментальной и клинической кардиологии.

Сосновый бульвар, 6, Кемерово, 650002

Matveeva Vera G. - PhD, senior researcher at the Laboratory of Cell Technologies, Department of Experimental and Clinical Cardiology.

6, Sosonoviy Blvd., Kemerovo, 650002

https://orcid.org/0000-0002-8194-0322ТупикинА. Е.TupikinA. E.

Тупикин Алексей Евгеньевич - младший научный сотрудник Центра коллективного пользования «Геномика».

Пр. академика Лаврентьева, 8, Новосибирск, 630090

Tupikin Alexey E. - research assistant at the Center for Collective Use “Genomics”.

8, Lavrentiev Avenue, Novosibirsk, 630090

https://orcid.org/0000-0003-2777-0833КабиловМ. Р.KabilovM. R.

Кабилов Марсель Расимович - кандидат биологических наук, руководитель Центра коллективного пользования «Геномика».

Пр. академика Лаврентьева, 8, Новосибирск, 630090

Kabilov Marcel R. - PhD, Head of the Center for Collective Use “Genomics”.

8, Lavrentiev Avenue, Novosibirsk, 630090

https://orcid.org/0000-0002-8874-0788АнтоноваЛ. В.AntonovaL. V.

Антонова Лариса Валерьевна - доктор медицинских наук, заведующая лабораторией клеточных технологий отдела экспериментальной и клинической кардиологии.

Сосновый бульвар, 6, Кемерово, 650002

Antonova Larisa V. - PhD, Head of the Laboratory of Cell Technologies, Department of Experimental and Clinical Cardiology.

6, Sosonoviy Blvd., Kemerovo, 650002

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Научно-исследовательский институт комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеванийРоссияFederal State Budgetary Institution Research Institute for Complex Issues of Cardiovascular DiseasesRussian FederationФедеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химической биологии и фундаментальной медицины Сибирского отделения Российской академии наукРоссияInstitute of Chemical Biology and Fundamental Medicine of the Siberian Branch of the Russian Academy of SciencesRussian Federation202024062020927481Copyright © Великанова Е.А., Кутихин А.Г., Матвеева В.Г., Тупикин А.Е., Кабилов М.Р., Антонова Л.В., 20202020Великанова Е.А., Кутихин А.Г., Матвеева В.Г., Тупикин А.Е., Кабилов М.Р., Антонова Л.В.Velikanova E.A., Kutikhin A.G., Matveeva V.G., Tupikin A.E., Kabilov M.R., Antonova L.V.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.nii-kpssz.com/jour/article/view/717Цель

Цель. Сравнительный анализ профиля генной экспрессии колониеформирующих эндотелиальных клеток и эндотелиальных клеток коронарной артерии человека на основе результатов полнотранскриптомного секвенирования.

Материалы и методы

Материалы и методы. Культура колониеформирующих эндотелиальных клеток получена из периферической крови пациентов, перенесших чрескожное коронарное вмешательство. Первичные эндотелиальные клетки коронарной артерии были приобретены у CellApplications (300K-05a, США). Клетки лизированы тризолом с последующим выделением тотальной РНК и сопутствующей обработкой ДНКазой. Проводилась деплеция рРНК с дальнейшим конструированием ДНК-би-блиотек. Концентрация ДНК-библиотек определялась с помощью количественной полимеразной цепной реакции с детекцией результата в реальном времени на амплификаторе CFX96 Touch (Bio-Rad, США). Далее ДНК-библиотеки смешивались эквимолярно и секвенировались на платформе HiSeq 2000 (Illumina, США) с длиной парно-концевых прочтений 2 я 125 нуклеотидов.

Результаты

Результаты. Полнотранскриптомное секвенирование продемонстрировало, что колониеформирующие эндотелиальные клетки были схожи с первичными эндотелиальными клетками коронарной артерии в отношении их профиля генной экспрессии, при этом гиперэкспрессировали специфичные маркеры всех направлений эндотелиальной дифференцировки (NRP2, NOTCH4, LYVE1), в особенности лимфатической (LYVE1), и обладали повышенной экспрессией генов компонентов внеклеточного матрикса и базальной мембраны (COL1A1, COL1A2, COL4A1, COL4A2).

Заключение

Заключение. Базовый профиль генной экспрессии колониеформирующих эндотелиальных клеток близок к таковому у эндотелиальных клеток коронарной артерии, что свидетельствует о применимости колониеформирующих эндотелиальных клеток для заселения трубчатых полимерных каркасов перед имплантацией для улучшения их кратко- и долгосрочной проходимости.

Aim

Aim. To compare gene expression profiles of CFEC to human coronary artery endothelial cells, based on the results of whole transcriptome analysis.

Methods

Methods. CFEC were isolated from peripheral blood of patients during percutaneous coronary intervention. Human coronary artery endothelial cells were purchased from Cell Applications (300K-05a, USA). Cells were lysed with TRIzol with the following total RNA isolation and DNAse treatment. Then rRNA depletion was performed, followed by DNA library preparation. DNA libraries were then quantified by qPCR (CFX96 Touch, Bio-Rad, USA), pooled in equimolar amounts and sequenced (HiSeq 2000, Illumina) using 2 * 125 bp chemistry.

Results

Results. RNA-seq demonstrated that CFEC were generally similar to human coronary artery endothelial cells, regarding their global gene expression profile. However, CFEC overexpressed specific markers of all endothelial lineages (NRP2, NOTCH4, LYVE1), in particular, lymphatic EC (LYVE1) and had upregulated extracellular matrix and basement membrane genes (COLlAl, COL1A2, COL4A1, COL4A2).

Conclusion

Conclusion. Baseline gene expression in CFEC is close to that of human coronary artery endothelial cells, testifying about their utility for the seeding of tubular scaffolds before the implantation to improve their short- and long-term performance.

Колониеформирующие эндотелиальные клеткиМононуклеарная фракция периферической кровиЭндотелиальные клетки коронарной артерииГенная экспрессияПолнотранскриптомное секвенированиеТранскриптомное профилированиеТранскриптомные сигнатурыColony-forming endothelial cellsPeripheral blood mononuclear cellsCoronary artery endothelial cellsGene expressionRNA-seqTranscriptome profilingTranscriptomic signaturesИсследование проведено в рамках гранта РНФ № 17-75-20004 «Разработка физиологически обоснованной технологии изготовления персонифицированного тканеинженерного сосудистого импланта малого диаметра in vitro в условиях имитации естественного кровотока с использованием клеточных технологий»ReferencesSong H.G., Rumma R.T., Ozaki C.K., Edelman E.R., Chen C.S. Vascular Tissue Engineering: Progress, Challenges, and Clinical Promise. Cell Stem Cell. 2018;22(3):340-354. doi: 10.1016/j.stem.2018.02.009.Song H.G., Rumma R.T., Ozaki C.K., Edelman E.R., Chen C.S. Vascular Tissue Engineering: Progress, Challenges, and Clinical Promise. Cell Stem Cell. 2018;22(3):340-354. doi: 10.1016/j.stem.2018.02.009.Antonova L.V, Sevostyanova W, Mironov A.V, Krivkina E.O., Velikanova EA., Matveeva VG., Glushkova T.V, Elgudin YL., Barbarash L.S. In situ vascular tissue remodeling using biodegradable tubular scaffolds with incorporated growth factors and chemoattractant molecules. Complex Issues of Cardiovascular Diseases. 2018;7(2):25-36.Antonova L.V., Sevostyanova V.V., Mironov A.V., Krivkina E.O., Velikanova E.A., Matveeva V.G., Glushkova T.V., Elgudin YL., Barbarash L.S. In situ vascular tissue remodeling using biodegradable tubular scaffolds with incorporated growth factors and chemoattractant molecules. Complex Issues of Cardiovascular Diseases. 2018;7(2):25-36.Tara S., Rocco K.A., Hibino N., Sugiura T., Kurobe H., Breuer C.K., Shinoka T. Vessel bioengineering. Circ J. 2014;78(1):12-9. doi: 10.1253/circj.CJ-13-1440.Tara S., Rocco K.A., Hibino N., Sugiura T., Kurobe H., Breuer C.K., Shinoka T. Vessel bioengineering. Circ J. 2014;78(1):12-9. doi: 10.1253/circj.CJ-13-1440.Dimitrievska S., Niklason L.E. Historical Perspective and Future Direction of Blood Vessel Developments. Cold Spring Harb Perspect Med. 2018;8(2): pii: a025742. doi: 10.1101/cshperspect.a025742.Dimitrievska S., Niklason L.E. Historical Perspective and Future Direction of Blood Vessel Developments. Cold Spring Harb Perspect Med. 2018;8(2): pii: a025742. doi: 10.1101/cshperspect.a025742.Radke D., Jia W., Sharma D., Fena K., Wang G., Goldman J., Zhao F. Tissue Engineering at the Blood-Contacting Surface: A Review of Challenges and Strategies in Vascular Graft Development. Adv Healthc Mater. 2018;7(15):e1701461. doi: 10.1002/adhm.201701461.Radke D., Jia W., Sharma D., Fena K., Wang G., Goldman J., Zhao F. Tissue Engineering at the Blood-Contacting Surface: A Review of Challenges and Strategies in Vascular Graft Development. Adv Healthc Mater. 2018;7(15):e1701461. doi: 10.1002/adhm.201701461.Joo H.J., Song S., Seo H.R., Shin J.H., Choi S.C., Park J.H., Yu C.W., Hong S.J., Lim D.S. Human endothelial colony forming cells from adult peripheral blood have enhanced sprouting angiogenic potential through up-regulating VEGFR2 signaling. Int J Cardiol. 2015;197:33-43. doi: 10.1016/j.ijcard.2015.06.013.Joo H.J., Song S., Seo H.R., Shin J.H., Choi S.C., Park J.H., Yu C.W., Hong S.J., Lim D.S. Human endothelial colony forming cells from adult peripheral blood have enhanced sprouting angiogenic potential through up-regulating VEGFR2 signaling. Int J Cardiol. 2015;197:33-43. doi: 10.1016/j.ijcard.2015.06.013.Ren X., Feng Y, Guo J., Wang H., Li Q., Yang J., Hao X., Lv J., Ma N., Li W. Surface modification and endothelialization of biomaterials as potential scaffolds for vascular tissue engineering applications. Chem Soc Rev. 2015;44(15):5680-742. doi: 10.1039/c4cs00483c.Ren X., Feng Y, Guo J., Wang H., Li Q., Yang J., Hao X., Lv J., Ma N., Li W. Surface modification and endothelialization of biomaterials as potential scaffolds for vascular tissue engineering applications. Chem Soc Rev. 2015;44(15):5680-742. doi: 10.1039/c4cs00483c.Mead L.E., Prater D., Yoder M.C., Ingram D.A. Isolation and characterization of endothelial progenitor cells from human blood. Curr Protoc Stem Cell Biol. 2008;Chapter 2:Unit 2C.1. doi: 10.1002/9780470151808.sc02c01s6.Mead L.E., Prater D., Yoder M.C., Ingram D.A. Isolation and characterization of endothelial progenitor cells from human blood. Curr Protoc Stem Cell Biol. 20o8;Chapter 2:Unit 2C.1. doi: 10.1002/9780470151808.sc02c01s6.Yoder M.C., Mead L.E., Prater D., Krier T.R., Mroueh K.N., Li F., Krasich R., Temm C.J., Prchal J.T., Ingram D.A. Redefining endothelial progenitor cells via clonal analysis and hematopoietic stem/progenitor cell principals. Blood. 2007;109(5):1801-9. doi: 10.1182/blood-2006-08-043471.Yoder M.C., Mead L.E., Prater D., Krier T.R., Mroueh K.N., Li F., Krasich R., Temm C.J., Prchal J.T., Ingram D.A. Redefining endothelial progenitor cells via clonal analysis and hematopoietic stem/progenitor cell principals. Blood. 2007;109(5):1801-9. doi: 10.1182/blood-2006-08-043471.Hauser S., Jung F., Pietzsch J. Human Endothelial Cell Models in Biomaterial Research. Trends Biotechnol. 2017;35(3):265-277. doi: 10.1016/j.tibtech.2016.09.007.Hauser S., Jung F., Pietzsch J. Human Endothelial Cell Models in Biomaterial Research. Trends Biotechnol. 2017;35(3):265-277. doi: 10.1016/j.tibtech.2016.09.007.Dejana E., Hirschi K.K., Simons M. The molecular basis of endothelial cell plasticity. Nat Commun. 2017;8:14361. doi: 10.1038/ncomms14361.Dejana E., Hirschi K.K., Simons M. The molecular basis of endothelial cell plasticity. Nat Commun. 2017;8:14361. doi: 10.1038/ncomms14361.Campagnolo P., Tsai T.N., Hong X., Kirton J.P., So P.W., Margariti A., Di Bernardini E., Wong MM, Hu Y, Stevens MM, Xu Q. c-Kit+ progenitors generate vascular cells for tissue-engineered grafts through modulation of the Wnt/Klf4 pathway. Biomaterials. 2015;60:53-61. doi: 10.1016/j.biomaterials.2015.04.055.Campagnolo P, Tsai T.N., Hong X., Kirton J.P., So P.W., Margariti A., Di Bernardini E., Wong MM, Hu Y, Stevens MM, Xu Q. c-Kit+ progenitors generate vascular cells for tissue-engineered grafts through modulation of the Wnt/Klf4 pathway. Biomaterials. 2015;60:53-61. doi: 10.1016/j.biomaterials.2015.04.055.Kolbe M., Dohle E., Katerla D., Kirkpatrick C.J., Fuchs S.. Enrichment of outgrowth endothelial cells in high and low colonyforming cultures from peripheral blood progenitors. Tissue Eng Part C Methods. 2010;16(5):877-86. doi: 10.1089/ten.TEC.2009.0492.Kolbe M., Dohle E., Katerla D., Kirkpatrick C.J., Fuchs S.. Enrichment of outgrowth endothelial cells in high and low colonyforming cultures from peripheral blood progenitors. Tissue Eng Part C Methods. 2010;16(5):877-86. doi: 10.1089/ten.TEC.2009.0492.Матвеева В.Г., Ханова М.Ю., Великанова Е.А., Антонова Л.В., Сардин Е.С., Крутицкий С.С., Барбараш О.Л. Возможность получения и характеристика колониеформирующих эндотелиальных клеток из периферической крови пациентов с ишемической болезнью сердца. Цитология 2018; 60(8): 598-608Matveeva V.G., Khanova M. Yu., Velikanova E.A., Antonova L.V., Sardin E.S., Krutitsky S.S., Barbarash O.L. Isolation and characteristics of colony-forming endothelial cells from peripheral blood in patients with ischemic heart disease. Tsitologiya. 2018; 60(8): 598-608 (In Russian)Denecke B., Horsch L.D., Radtke S., Fischer J.C., Horn P.A., Giebel B. Human endothelial colony-forming cells expanded with an improved protocol are a useful endothelial cell source for scaffold-based tissue engineering. J Tissue Eng Regen Med. 2015;9(11):E84-97. doi: 10.1002/term.1673.Denecke B., Horsch L.D., Radtke S., Fischer J.C., Horn P.A., Giebel B. Human endothelial colony-forming cells expanded with an improved protocol are a useful endothelial cell source for scaffold-based tissue engineering. J Tissue Eng Regen Med. 2015;9(11):E84-97. doi: 10.1002/term.1673.Rapp B.M., Saadatzedeh M.R., Ofstein R.H., Bhavsar J. R., Tempel Z.S., Moreno O., Morone P., Booth D.A., Traktuev D.O., Dalsing M.C., Ingram D.A., Yoder M.C., March K.L., Murphy M.P. Resident Endothelial Progenitor Cells From Human Placenta Have Greater Vasculogenic Potential Than Circulating Endothelial Progenitor Cells From Umbilical Cord Blood. Cell Med. 2011;2(3):85-96. doi: 10.3727/215517911X617888.Rapp B.M., Saadatzedeh M.R., Ofstein R.H., Bhavsar J.R., Tempel Z.S., Moreno O., Morone P., Booth D.A., Traktuev D.O., Dalsing M.C., Ingram D.A., Yoder M.C., March K.L., Murphy M.P. Resident Endothelial Progenitor Cells From Human Placenta Have Greater Vasculogenic Potential Than Circulating Endothelial Progenitor Cells From Umbilical Cord Blood. Cell Med. 2011;2(3):85-96. doi: 10.3727/215517911X617888.Patel J., Seppanen E., Chong M.S., Yeo J.S., Teo E.Y, Chan J.K., Fisk N.M., Khosrotehrani K. Prospective surface marker-based isolation and expansion of fetal endothelial colonyforming cells from human term placenta. Stem Cells Transl Med. 2013;2(11):839-47. doi: 10.5966/sctm.2013-0092.Patel J., Seppanen E., Chong M.S., Yeo J.S., Teo E.Y, Chan J.K., Fisk N.M., Khosrotehrani K. Prospective surface marker-based isolation and expansion of fetal endothelial colonyforming cells from human term placenta. Stem Cells Transl Med. 2013;2(11):839-47. doi: 10.5966/sctm.2013-0092.Solomon I., O'Reilly M., Ionescu L., Alphonse R.S., Rajabali S., Zhong S., Vadivel A., Shelley W.C., Yoder M.C., Thebaud B. Functional Differences Between Placental Micro- and Macrovascular Endothelial Colony-Forming Cells. Stem Cells Transl Med. 2016;5(3):291-300. doi: 10.5966/sctm.2014-0162.Solomon I., O'Reilly M., Ionescu L., Alphonse R.S., Rajabali S., Zhong S., Vadivel A., Shelley W.C., Yoder M.C., Thebaud B. Functional Differences Between Placental Micro- and Macrovascular Endothelial Colony-Forming Cells. Stem Cells Transl Med. 2016;5(3):291-300. doi: 10.5966/sctm.2014-0162.Yu S., Li Z., Zhang W., Du Z., Liu K., Yang D., Gong S. Isolation and characterization of endothelial colony-forming cells from mononuclear cells of rat bone marrow. Exp Cell Res. 2018;370(1):116-126. doi: 10.1016/j.yexcr.2018.06.013.Yu S., Li Z., Zhang W., Du Z., Liu K., Yang D., Gong S. Isolation and characterization of endothelial colony-forming cells from mononuclear cells of rat bone marrow. Exp Cell Res. 2018;370(1):116-126. doi: 10.1016/j.yexcr.2018.06.013.Lin R.Z., Moreno-Luna R., Munoz-Hernandez R., Li D., Jaminet S.C., Greene A.K., Melero-Martin J.M. Human white adipose tissue vasculature contains endothelial colony-forming cells with robust in vivo vasculogenic potential. Angiogenesis. 2013;16(4):735-44. doi: 10.1007/s10456-013-9350-0.Lin R.Z., Moreno-Luna R., Munoz-Hernandez R., Li D., Jaminet S.C., Greene A.K., Melero-Martin J.M. Human white adipose tissue vasculature contains endothelial colony-forming cells with robust in vivo vasculogenic potential. Angiogenesis. 2013;16(4):735-44. doi: 10.1007/s10456-013-9350-0.Alphonse R.S., Vadivel A., Zhong S., Mc Conaghy S., Ohls R., Yoder M.C., Thebaud B. The isolation and culture of endothelial colony-forming cells from human and rat lungs. Nat Protoc. 2015;10(11):1697-708. doi: 10.1038/nprot.2015.107.Alphonse R.S., Vadivel A., Zhong S., Mc Conaghy S., Ohls R., Yoder M.C., Thebaud B. The isolation and culture of endothelial colony-forming cells from human and rat lungs. Nat Protoc. 2015;10(11):1697-708. doi: 10.1038/nprot.2015.107.Prasain N., Lee M.R., Vemula S., Meador J.L., Yoshimoto M., Ferkowicz M.J., Fett A., Gupta M., Rapp B.M., Saadatzadeh MR., Ginsberg M., Elemento O., Lee Y, Voytik-Harbin S.L., Chung H.M., Hong K. S., Reid E., O'Neill C.L., Medina R.J., StittA.W., Murphy M.P., Rafii S., Broxmeyer H.E., Yoder M.C. Differentiation of human pluiipotent stem cells to cells similar to cord-blood endothelial colony-forming cells. Nat Biotechnol. 2014;32( 11): 1151-1157. doi: 10.1038/nbt.3048.Prasain N., Lee M.R., Vemula S., Meador J.L., Yoshimoto M., Ferkowicz M.J., Fett A., Gupta M., Rapp B.M., Saadatzadeh M.R., Ginsberg M., Elemento O., Lee Y, Voytik-Harbin S.L., Chung H.M., Hong K.S., Reid E., O'Neill C.L., Medina R.J., Stitt A.W., Murphy M.P., Rafii S., Broxmeyer H.E., Yoder M.C. Differentiation of human pluripotent stem cells to cells similar to cord-blood endothelial colony-forming cells. Nat Biotechnol. 2014;32(11):1151-1157. doi: 10.1038/nbt.3048.Jaffe E.A., Nachman R.L., Becker C.G., Minick C.R. Culture of human endothelial cells derived from umbilical veins. Identification by morphologic and immunologic criteria. J Clin Invest. 1973;52(11):2745-56. doi: 10.1172/JCI107470.Jaffe E.A., Nachman R.L., Becker C.G., Minick C.R. Culture of human endothelial cells derived from umbilical veins. Identification by morphologic and immunologic criteria. J Clin Invest. 1973;52(11):2745-56. doi: 10.1172/JCI107470.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.