Сравнение профиля генной экспрессии колониеформирующих эндотелиальных клеток из периферической крови человека и эндотелиальных клеток коронарной артерии

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

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. 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. 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.

1. 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.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. 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.

11. Dejana E., Hirschi K.K., Simons M. The molecular basis of endothelial cell plasticity. Nat Commun. 2017;8:14361. doi: 10.1038/ncomms14361.

12. 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.

13. 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.

14. 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): 598-608

15. 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.

16. 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.

17. 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.

18. 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.

19. 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.

20. 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.

21. 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.

22. 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.

23. 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.