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Le Cellule Staminali Mesenchimali (MSCs) sono cellule clonogeniche multipotenti in grado di dare origine, in vivo ed in vitro, a cellule di diversi tessuti mesenchimali come, ad esempio, quello osseo, cartilagineo ed adiposo. Queste cellule sono state identificate prevalentemente nel midollo osseo ma sono virtualmente presenti in tutti i tessuti embrionali ed adulti.
Le MSCs e le cellule differenziate che ne derivano, in particolare osteoblasti ed adipociti, sono parte della nicchia in cui risiedono le cellule staminali ematopoietiche (HSCs), regolandone le funzioni.
Inoltre, le MSCs sono in grado di secernere in vivo un ampio spettro di macromolecole bioattive che hanno funzioni immunoregolatorie o che permettono di stabilire un microambiente rigenerativo laddove avvenga un danno tissutale.
Per la loro facile accessibilità e per le loro proprietà biologiche, le MSCs hanno destato un particolare interesse nell’ambito della medicina rigenerativa. Tuttavia, il loro impiego ottimale in clinica richiede un’approfondita conoscenza dei meccanismi molecolari che ne regolano l’espansione e la differenziazione. Tali meccanismi non sono ancora completamente noti, soprattutto per ciò che riguarda le prime fasi del processo differenziativo.
Un possibile candidato alla regolazione delle MSCs è l’omeogene Prep1 (Pbx-regulating protein-1), che si sa essere essenziale per il normale sviluppo del sistema ematopoietico.
Prep1 è un fattore di trascrizione della famiglia di proteine contenenti un omeodominio chiamata TALE (Three Aminoacidic Loop Extension). I membri di questa famiglia sono tutti codificati da omeogeni fondamentali nello sviluppo embrionale e nella differenziazione di diversi tessuti adulti. Infatti, queste proteine risultano essenziali sia per la loro funzione di attivatori trascrizionali sia per la loro capacità di attivare la trascrizione dei geni Hox ed interagire con essi come cofattori, andando a determinare lo sviluppo embrionale e l’organogenesi.
Data l’importante interazione tra MSCs ed HSCs e dato che diversi tipi di cellule staminali sono controllate da meccanismi molecolari comuni, il mio lavoro di tesi è stato diretto ad indagare se Prep1 sia coinvolto anche nella regolazione delle MSCs. In particolare, abbiamo analizzato l’azione di Prep1 nel commitment verso i lineages adipogenico ed osteogenico, i cui processi differenziativi sono stati recentemente individuati come mutualmente esclusivi.
A tal proposito, MSCs murine ed umane, derivate dal midollo osseo, sono state messe in coltura ed analizzate sia nello stato indifferenziato sia dopo induzione verso i due lineages. È stato valutato il profilo di espressione di Prep1 sia a livello trascrizionale, tramite qPCR, che proteico, tramite Western Blot. I risultati hanno indicato che l’mRNA di Prep1 è espresso a livelli pressoché costanti sia nelle MSCs indifferenziate sia durante la loro differenziazione adipogenica ed ostegenica. Invece, la sua espressione proteica diminuisce significativamente durante la differenziazione adipogenica e, al contrario, aumenta durante quella osteogenica, suggerendo che anche nelle MSCs Prep1 sia soggetto a meccanismi di regolazione post-trascrizionale, come avviene anche in altri tessuti.
Poiché gli studi d’espressione hanno suggerito un possibile coinvolgimento dell’attività di Prep1 nella regolazione delle MSCs, abbiamo analizzato l’effetto della sua down-regolazione in vivo tramite l’utilizzo di topi transgenici ipomorfi per Prep1, che esprimono livelli più bassi della proteina, dal 2 al 10% rispetto alla controparte wild type. I dati ottenuti in vitro non hanno evidenziato differenze significative tra MSCs indifferenziate derivate da topi ipomorfi e wild type. Al contrario, le cellule ipomorfe hanno mostrato un’efficienza di differenziazione in senso adipogenico significativamente più elevata rispetto alle cellule di controllo.
L’insieme dei risultati ottenuti durante questo lavoro di tesi indica che Prep1 è coinvolto nella regolazione delle MSCs, suggerendo che svolga un ruolo di rilievo nell’adipogenesi.