YAP in mesenchymal stem cells

Abstract

Mesenchymal stem cells (MSCs) are the most studied subtype of adult stem cells and have been derived from most postnatal organs and tissues. MSCs are defined as having the capacity to self-renew and to differentiate into both mesodermal and non-mesodermal lineages, and are immunosuppressive. For these properties, MSCs have been considered ideal candidates for regenerative medicine and have been used in several clinical trials. The difficulty, however, to preserve the potency of the cells during culture expansion and to monitor differentiation are obstacles in their use in the clinic and have emphasized the need to investigate molecular pathways underlying stem cell fate-decisions during differentiation in more detail. The Hippo pathway is a recently identified molecular pathway in Drosophila melanogaster and mammals, which controls organ size by regulating cell proliferation, apoptosis and differentiation. The pathway is composed of a core of serine/threonine kinases [Hpo/(MST1/2) and Wts/(LATS1/2)] and scaffold proteins [(Sav/Shrp)/SAV1 and Mats/MOB] that when are activated, phosphorylate and inhibit yes-associated protein (YAP) transcriptional co-activator and tumour suppressor. Inactivation of YAP in some stem and progenitor cells by the Hippo pathway is required for their differentiation. On the contrary, failure to inhibit YAP enhances proliferation and may cause oncogenic transformation.In the present study, the expression of multiple YAP variants was confirmed in human and mouse MSCs. In both human and mouse, YAP was inhibited in response to cell-contact inhibition and remained unchanged during in vitro chondrogenic differentiation. Overexpression of human (hYAP1) variant in C3H/10T1/2 MSC-like cells did not appear to affect colony formation, cell cycle distribution or cell size, but increased cell proliferation, induced cell transformation and reduced the capacity of the cells to differentiate in vitro towards the chondrogenic, adipogenic and osteogenic lineages. The effects of hYAP1 overexpression are hypothesized to be either a result of a nuclear co-factor function or indirectly via protein interactions in the cytoplasmic compartment.YAP and the Hippo pathway are possible pharmacological targets for modulation of MSC function

Τα μεσεγχυματικά βλαστοκύτταρα (MSCs) αποτελούν τον πιο μελετημένο υποτύπο ενηλίκων βλαστοκυττάρων και έχουν προέλθει από τα περισσότερα μεταγεννητικά όργανα και ιστούς. Τα MSCs χαρακτηρίζονται από την ικανότητά τους να αυτοανανεώνονται (self-renew) και να διαφοροποιούνται τόσο σε μεσοδερμικές, όσο και σε μη μεσοδερμικές γενεές και είναι ανοσοκατασταλτικά. Για αυτές τις ιδιότητες, τα MSCs έχουν θεωρηθεί ιδανικοί υποψήφιοι για την αναγεννητική ιατρική και έχουν χρησιμοποιηθεί σε αρκετές κλινικές δοκιμές. Η δυσκολία, ωστόσο, να διατηρηθεί η ισχύς των κυττάρων κατά την καλλιέργειά τους, και να παρακολουθηθεί η διαφοροποίησή τους, αποτελούν εμπόδια στη χρήση τους στην κλινική, γεγονός που κρίνει την ανάγκη να διερευνηθούν λεπτομερέστερα οι μοριακές οδοί στις οποίες βασίζεται η μοίρα των βλαστοκυττάρων κατά τη διαφοροποίηση.Το σηματοδοτικό μονοπάτι Hippo είναι ένα πρόσφατα αναγνωρισμένο μοριακό μονοπάτι στη Drosophila melanogaster και στα θηλαστικά, το οποίο ελέγχει το μέγεθος των οργάνων ρυθμίζοντας τον πολλαπλασιασμό των κυττάρων, την απόπτωση και τη διαφοροποίηση. Το μονοπάτι αποτελείται από έναν πυρήνα κινασών σερίνης/θρεονίνης [Hpo/(MST1/2) και Wts/(LATS1/2)] και πρωτεϊνών ικριώματος [(Sav/Shrp)/SAV1 και Mats/MOB] που όταν ενεργοποιούνται, φωσφορυλιώνουν και αναστέλλουν την πρωτεΐνη YAP (yes-associated protein), η οποία λειτουργεί ως μεταγραφικός συν-ενεργοποιητής και ογκοκαταστολέας. Η αδρανοποίηση του ΥΑΡ είναι απαραίτητη σε ορισμένα βλαστοκύτταρα και προγονικά κύτταρα, μέσω του μονοπατιού Hippo, για τη διαφοροποίησή τους. Αντίθετα, η αποτυχία αναστολής του ΥΑΡ ενισχύει τον κυτταρικό πολλαπλασιασμό και δύναται να προκαλέσει τον ογκογόνο μετασχηματισμό τους.Στην παρούσα μελέτη, η έκφραση πολλαπλών παραλλαγών/ισομερών του YAP επιβεβαιώθηκε σε MSCs προερχόμενα από ιστούς ανθρώπων και ποντικιών. Τόσο στον άνθρωπο όσο και στα ποντίκια, το ΥΑΡ ανεστάλη ως απόκριση στην «κυτταρική αναστολή επαφής» (cell contact inhibition) και παρέμεινε αμετάβλητο κατά τη διάρκεια της in vitro χονδρογενούς διαφοροποίησης. Η υπερέκφραση της ανθρώπινης παραλλαγής (hYAP1) σε κύτταρα της σειράς C3H/10T1/2, που μοιάζουν με MSCs, δεν φάνηκε να επηρεάζει τον σχηματισμό αποικιών, την κατανομή του κυτταρικού κύκλου ή το μέγεθος των κυττάρων, αλλά αύξησε τον κυτταρικό πολλαπλασιασμό, προκάλεσε κυτταρικό μετασχηματισμό και μείωσε την ικανότητα των κυττάρων να διαφοροποιούνται in vitro προς τις χονδρογενείς, λιπογενείς και οστεογενείς γενεές. Τα αποτελέσματα της υπερέκφρασης του hYAP1 θεωρείται ότι είναι είτε αποτέλεσμα της λειτουργίας του ως πυρηνικού συμπαράγοντα, είτε έμμεσα μέσω αλληλεπιδράσεων διαφόρων πρωτεϊνών στο κυτταρόπλασμα. Το YAP και το σηματοδοτικό μονοπάτι Hippo είναι πιθανοί φαρμακολογικοί στόχοι για τη ρύθμιση της λειτουργίας των MSCs.