Análisis genómico y funcional de las células madre mesenquimales de médula ósea de pacientes osteoporóticos
- Autores: Álvaro del Real Bolt
- Directores de la Tesis: José Antonio Riancho Moral (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Cantabria ( España ) en 2019
- Idioma: español
- Títulos paralelos:
- Genome-Wide Methylation and Transcriptome Analyses of Bone Marrow Mesenchymal Stem Cells from Osteoporotic Patients
- Tribunal Calificador de la Tesis: José María Moraleda Jiménez (presid.), José Carlos Rodríguez Rey (secret.), Nerea Alonso López (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Medicina y Ciencias de la Salud por la Universidad de Cantabria
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: UCrea
- Resumen
- español
El hueso es un tejido activo que está en continua renovación en un proceso equilibrado, llevada a cabo por los osteoblastos, encargados de formar nuevo hueso, y por los osteoclastos, encargados de la resorción ósea. La diferenciación de las células madre mesenquimales (MSCs), precursores de los osteoblastos, es esencial para el mantenimiento de la masa ósea. En la osteoporosis, hay un desequilibrio en el proceso de remodelado óseo, con una predominancia de la actividad osteoclástica sobre la osteoblástica. Esto conlleva a una pérdida de la densidad mineral ósea y una mayor susceptibilidad a padecer fracturas. Los mecanismos epigenéticos son esenciales para la regulación celular y, por tanto, también son claves en el desarrollo de patologías. Entre estos mecanismos se encuentran la metilación de ADN y la expresión de ARN largos no codificantes (lncRNAs). La capacidad funcional de las MSCs puede verse comprometida en personas de edad avanzada, en relación con los cambios epigenéticos asociados con el envejecimiento. Sin embargo, el papel de las MSCs en la patogénesis de la osteoporosis no está bien definido. Por lo tanto, nuestro objetivo fue caracterizar las marcas de metilación, la expresión génica (codificante y no codificante de proteína) y la capacidad de diferenciación de las MSC de médula ósea (BMSCs) de pacientes con fracturas de cadera osteoporóticas.
Obtuvimos BMSCs de las cabezas femorales de mujeres que se sometieron a un reemplazo de cadera debido a fracturas de cadera y controles con artrosis de cadera. La metilación del ADN se exploró con el microchip Infinium 450K (Illumina). El análisis del transcriptoma se realizó mediante secuenciación de ARN.
Las BMSCs de pacientes con fracturas mostraron una mayor proliferación y expresión de los genes reguladores osteogénicos RUNX2/OSX. Cuando se cultivaron en medio osteogénico, las BMSCs de pacientes con fracturas mostraron una capacidad de diferenciación alterada, con una actividad de fosfatasa alcalina reducida y una acumulación deficiente de una matriz mineralizada. Además, mostraron algunos signos de envejecimiento acelerado de la metilación.
Los análisis de metilación de ADN revelaron que la mayoría los sitios diferencialmente metilados se dan en regiones genómicas con actividad potenciadora, a distancia de los promotores de genes. Estas regiones potenciadoras se asociaron, a su vez, con genes expresados diferencialmente enriquecidos en vías relacionadas con el crecimiento de BMSCs y la diferenciación osteogénica.
Cuando nos centramos en la expresión de la parte no codificante del genoma vimos que la mayoría son de tipo antisentido. Y los genes codificantes de proteínas en posición cis de estos lncRNAs antisentido, que también se expresan diferencialmente, están altamente representados en vías relacionadas con la formación ósea.
En general, nuestros resultados sugieren que los mecanismos epigenéticos, y específicamente el estado de metilación de las regiones potenciadoras y los lncRNAs juegan un papel importante en la determinación del patrón de expresión génica de BMSCs derivadas de pacientes con osteoporosis. Y un mejor conocimiento de estas vías nos permitirá mejorar el metabolismo óseo en la osteoporosis.
- English
Mesenchymal stem cells (MSCs) osteogenic differentiation is essential for the maintenance of bone mass. The aim of this study was to characterize the DNA methylation marks, gene expression (coding and nonprotein-coding) and the ability to differentiate bone marrow stem cells (BMSCs) from patients with osteoporotic hip fractures. The BMSCs of patients with fractures showed greater proliferation and an altered differentiation capacity. DNA methylation analysis revealed that most differentially methylated sites are in genomic regions with enhancer activity. These enhancer regions were associated with differentially expressed genes, and these genes were enriched in bone related pathways, such as, osteogenic differentiation. Our results suggest that epigenetic mechanisms play an important role in the regulation of gene expression of BMSCs derived from patients with osteoporosis. A better knowledge of these pathways will permit us to improve bone metabolism in osteoporosis.
- español
