Ein Forschungsteam unter der Leitung von Junior Associate Professor Masato Nakagawa (Department of Life Science Frontiers) untersuchte die Auswirkungen des basischen Fibroblasten-Wachstumsfaktors (bFGF) und seiner Wechselwirkungen mit Fibroblasten-Wachstumsfaktor-Rezeptoren (FGFRs) und Integrinen auf die Aufrechterhaltung des vorbereiteten menschlichen induzierten pluripotenten Stamms Zelleigenschaften (hiPSC).
Das Team enthüllte eine neue dreigliedrige Wechselwirkung zwischen bFGF, FGFRs und Integrinen und gab Aufschluss über deren Rolle bei der Aufrechterhaltung der Eigenschaften von hiPSCs. Die Studie ist veröffentlicht im Tagebuch Regenerative Therapie.
Es ist bekannt, dass bFGF und Integrine unterschiedliche entscheidende Rollen spielen, um die Pluripotenz in vorbereiteten hPSCs wie induzierten pluripotenten Stammzellen (hiPSCs) und menschlichen embryonalen Stammzellen (hESCs) aufrechtzuerhalten.
Jüngste Studien zeigten jedoch, dass die Wechselwirkung zwischen bFGF und Integrin die Angiogenese und Tumorentstehung in Krebszelllinien fördert, was auf eine mögliche doppelte Bindungsfunktion von bFGF sowohl an FGFRs als auch an Integrine schließen lässt. In der neuen Studie identifizierten die Forscher die Bedeutung der bFGF-FGFR- und bFGF-Integrin-Bindung für die Aufrechterhaltung der hPSC-Eigenschaften.
Konkret zeigten die Forscher, dass bFGF sowohl an FGFRs als auch an Integrine in hiPSCs bindet, was die Möglichkeit eines Crosstalks zwischen FGFR und Integrin-Signalisierung impliziert. Mithilfe rekombinanter menschlicher bFGF-Proteine konnten sie die direkte Bindung von bFGF an FGFRs und Integrine nachweisen.
Die Forscher untersuchten außerdem die physiologischen Auswirkungen von bFGF-FGFR- und bFGF-Integrin-Wechselwirkungen auf die Aufrechterhaltung der hiPSC-Eigenschaften, indem sie hiPSCs mit Wildtyp-bFGF oder bFGF-Mutanten kultivierten, die nicht an FGFRs, Integrine oder beides binden.
Durch die Untersuchung der Expression des pluripotenten Markers (OCT3/4) entdeckten sie, dass sowohl bFGF-FGFR- als auch bFGF-Integrin-Wechselwirkungen für die Aufrechterhaltung der Eigenschaften von hiPSCs entscheidend sind.
Um den entscheidenden Zeitraum zu klären, in dem bFGF benötigt wird, führten die Forscher ein Zeitverlaufsexperiment durch und manipulierten den Zeitpunkt der bFGF-Behandlung. Sie fanden heraus, dass bFGF für die Aufrechterhaltung der Eigenschaften von hiPSCs während der ersten 24 Stunden der Kultur unerlässlich ist. Insbesondere beobachteten sie, dass die Bindung von bFGF an FGFR in diesem Zeitraum kritisch war, während die Bindung an Integrin entbehrlich war.
Um die Regulierung der Eigenschaften von hPSCs zu verstehen, untersuchten die Forscher die nachgeschalteten Ereignisse der bFGF-FGFR- und bFGF-Integrin-Bindung in hiPSCs und konzentrierten sich auf die Aktivierung extrazellulärer signalregulierter Kinasen (ERK) und fokaler Adhäsionskinase (FAK) als nachgeschaltete Signale von bFGF- bzw. Integrinaktivierung.
Durch diese Analyse zeigten sie, dass die durch die bFGF-FGFR-Bindung ausgelöste ERK-Aktivierung entscheidend für die Aufrechterhaltung der Eigenschaften von hPSCs während der ersten 24 Stunden der Kultur ist. Umgekehrt tragen sowohl die bFGF-FGFR- als auch die bFGF-Integrin-Bindung zur Akkumulation fokaler Adhäsionen, die aus aktiviertem FAK (pFAK) bestehen, am Rand der Kolonien bei und tragen zur Aufrechterhaltung der hPSC-Eigenschaften bei.
Um zu untersuchen, ob die gleichzeitige Bindung von bFGF sowohl an FGFR als auch an Integrin für die Aufrechterhaltung der Eigenschaften von hPSCs entscheidend ist, untersuchten die Forscher die Auswirkungen der Behandlung von hiPSCs mit einer Mischung aus bFGF-Mutanten – einer, der nicht an FGFRs binden kann, und ein anderer, der nicht an Integrine binden kann – zur Aufrechterhaltung der hPSC-Eigenschaften.
Bemerkenswerterweise fanden sie heraus, dass mit dieser Mischung von bFGF-Mutanten behandelte iPSCs die Eigenschaften von hPSCs nicht beibehalten konnten, was darauf hindeutet, dass eine gleichzeitige Bindung von bFGF sowohl an FGFRs als auch an Integrine erforderlich ist.
In dieser Studie stellten die Forscher fest, dass die gleichzeitige Bindung von bFGF sowohl an FGFR als auch an Integrin für die Aufrechterhaltung der Eigenschaften von hPSCs unerlässlich ist. Darüber hinaus deckten sie die wesentliche Rolle des bFGF-FGFR- und bFGF-Integrin-Crosstalks auf und ebneten damit den Weg für weitere Arbeiten zu einem besseren Verständnis der molekularen Mechanismen, die an der Aufrechterhaltung der Pluripotenz in hiPSCs beteiligt sind.
Mehr Informationen:
Yu-Shen Cheng et al.: Die gleichzeitige Bindung von bFGF an FGFR und Integrin erhält die Eigenschaften vorbereiteter menschlicher induzierter pluripotenter Stammzellen. Regenerative Therapie (2023). DOI: 10.1016/j.reth.2023.12.008