Komórki macierzyste mają zdolność do replikacji bez ograniczeń i potencjał do różnicowania się w dowolny typ komórek somatycznych. Rozwój technik przeprogramowywania komórek somatycznych w pluripotencjalne komórki macierzyste wywołał wielkie emocje w społeczności naukowej i wśród klinicystów, ponieważ na horyzoncie pojawia się spersonalizowana regeneracja tkanek1. Indukowane pluripotencjalne komórki macierzyste (iPS) wykazują te same cechy nieograniczonego potencjału replikacyjnego i pluripotencji, co embrionalne komórki macierzyste (ES), przy jednoczesnym obejściu dylematów etycznych związanych z ESC. Ponadto komórki macierzyste pochodzące od pacjenta nie będą stymulować odpowiedzi immunologicznej, co znacznie zwiększa prawdopodobieństwo udanych zastosowań terapeutycznych2-3. Wykazano, że w określonych warunkach hodowli komórki iPS różnicują się w kilka różnych typów komórek in vitro, w tym kardiomiocyty, neurony, komórki beta trzustki, hepatocyty i barwnikowy nabłonek siatkówki (RPE)4-12.
RPE to wyspecjalizowana warstwa pigmentowanych komórek nabłonkowych znajdujących się z tyłu siatkówki, która spełnia kilka funkcji, które są niezbędne dla zdrowia wzroku i funkcji, takich jak absorpcja światła rozproszonego, fagocytoza zewnętrznych segmentów fotoreceptora i przetwarzanie retinoidów do produkcji chromoforu wizualnego. Dysfunkcja RPE spowodowana uszkodzeniem lub chorobą głęboko wpływa na zdrowie fotoreceptorów i funkcje wzrokowe, o czym świadczą choroby powodujące ślepotę, które są wynikiem podstawowej patologii RPE, takie jak zwyrodnienie plamki żółtej związane z wiekiem (AMD), choroba Stargardta i barwnikowe zwyrodnienie siatkówki (RP)13. Naprawdę skuteczne metody leczenia, które mogą przywrócić wzrok, nie zostały osiągnięte, a zastąpienie chorego RPE zdrowym RPE może być najlepszą opcją, aby zapobiec utracie wzroku14-15. RPE pochodzące z iPS (iPS-RPE) jest możliwym źródłem komórek, które zastępują uszkodzone RPE. iPS-RPE ulega ekspresji charakterystycznych białek RPE LRAT, CRALBP, PEDF i RPE65; wykazuje klasyczną, wysoce pigmentowaną sześciokątną morfologię RPE; i wykonuje funkcje RPE, takie jak fagocytoza, przetwarzanie retinoidów i wydzielanie 11-cis siatkówki5,16. Zanim jednak iPS-RPE będzie mógł być stosowany terapeutycznie, iPS-RPE musi zostać dokładnie scharakteryzowany. Zrozumienie czynników rządzących różnicowaniem RPE jest niezbędne do poprawy wydajności i czystości komórek, które mają być wykorzystywane do zastosowań klinicznych.
Różnicowanie komórek jest wynikiem wysoce regulowanej ekspresji genów. Epigenetyczna przebudowa genomu i koordynacja czynników transkrypcyjnych są niezbędne do podejmowania decyzji dotyczących losu komórki, które zachodzą podczas różnicowania i rozwoju17. Regulacja translacji RNA wiadomości (mRNA) przez mikroRNA (miRNA) stanowi kolejny poziom regulacji, który wpływa na los komórki1. MiRNA to krótkie, ~22 nt, długości nukleotydów, które albo hamują translację poprzez wiązanie się z 3' UTR mRNA, albo kierują mRNA do degradacji. MiRNA zostały wykryte praktycznie we wszystkich tkankach i do tej pory w bazie danych miRBazy zarejestrowano ponad 2000 unikalnych ludzkich mikroRNA. Ponieważ miRNA wymagają tylko częściowej komplementarności, aby związać się z docelowym mRNA, pojedyncze miRNA może potencjalnie wiązać się z dziesiątkami lub setkami celów i odwrotnie; tj. pojedyncze mRNA może być celem kilku różnych miRNA. Ta cecha rozwiązłego wiązania znacznie zwiększa poziom złożoności regulacji, a także poziom trudności w określeniu funkcji poszczególnych miRNA i roli, jaką każdy z nich odgrywa w funkcjach komórkowych18-21. Niemniej jednak badania wykazały, że miRNA udoskonala ekspresję genów podczas różnicowania, wpływając na stan metylacji DNA17. W badaniu bardziej specyficznym dla RPE wykazano, że miR-204/211 promuje fenotyp nabłonkowy RPE22. Inna grupa przeanalizowała profil miRNA RPE podczas różnicowania z komórek ES i ujawniła, że podczas procesu różnicowania ulegają ekspresji odrębne zestawy miRNA23. W rzeczywistości profile miRNA mogą jednoznacznie rozróżniać typy komórek, w tym komórki ES, komórki prekursorowe i komórki ostatecznie zróżnicowane24,25. W siatkówce dochodzi do ekspresji ponad 250 miRNA. Na podstawie tych badań stawiamy hipotezę, że miRNA odgrywają ważną rolę podczas różnicowania RPE od iPS.
Celem tego raportu jest opisanie protokołów różnicowania komórek iPS IMR90-4, zbierania RNA do analizy za pomocą mikromacierzy oraz analizy danych z mikromacierzy w celu identyfikacji miRNA, które są różnie wyrażane między trzema typami komórek, komórkami iPS, iPS-RPE i RPE płodu. Całkowite RNA wyekstrahowano z kultur każdego typu komórek i zhybrydyzowano z mikromacierzą miRNA, zawierającą sondy specyficzne dla 1,205 ludzkich miRNA i 144 wirusowych miRNA. Wyniki mikromacierzy porównano w celu określenia, które miRNA ulegały zróżnicowanej ekspresji między różnymi typami komórek. Do dalszej analizy wybrano miRNA z 2-krotną lub większą zmianą ekspresji. Wykorzystano oprogramowanie do analizy miRNA w celu zidentyfikowania potencjalnych celów miRNA o zróżnicowanej ekspresji oraz do wygenerowania sieci komórkowych regulowanych przez wybrane miRNA.