The role of thioredoxin-interacting protein in bone marrow derived mesenchymal stromal cells

Abstract

Primary bone marrow derived mesenchymal stromal cells (BMSCs) are progenitor cells, which reside in the bone marrow and participate in bone remodelling. BMSCs can differentiate among others into bone forming osteoblasts and bone marrow adipocytes. The normal physiology of cells is altered in diseases such as type 2 diabetes mellitus (T2DM), which is a major worldwide metabolic disease. High blood sugar is a hallmark of T2DM and it leads to upregulation of thioredoxin-interacting protein (TXNIP) in many cell types. Elevated expression of TXNIP has been shown to increase cellular oxidative stress and cause inflammation and apoptosis. TXNIP upregulation is widely studied in many tissues including pancreatic β-cells, but the research in BMSCs is lacking. Here we investigated the effects of silencing Txnip mRNA expression with siRNA technology on viability and differentiation of BMSCs. Viability was analysed through live-cell imaging and metabolic activity assays and differentiation through mRNA expression of osteoblast and adipocyte marker genes with qPCR. We showed that the viability of the BMSCs when Txnip mRNA expression was silenced proved to be inconsistent. The differentiation of BMSCs did not progress when Txnip mRNA expression was silenced, resulting in cells moving neither towards osteogenesis nor adipogenesis. In addition, we established a connection between mRNA expressions of Glut4, a glucose transporter and Txnip. The metabolically involved Txnip seems to be important for cells activity and differentiation and the absence of Txnip resulted in decreased BMSC differentiation.

Luuytimestä eristetyt mesenkymaaliset stroomasolut (engl. bone marrow derived mesenchymal stromal cells, BMSCs) ovat kantasolumaisia soluja, jotka sijaitsevat luuytimessä ja osallistuvat luun uudistamiseen eli remodellaatioon. BMSC:t voivat erilaistua mm. luuta muodostaviksi osteoblasteiksi ja luuytimen rasvasoluiksi eli adiposyyteiksi. Solujen normaali toiminta muuttuu sairauksissa, kuten tyypin 2 diabeteksessä (T2D), joka on maailmanlaajuinen metabolinen sairaus. Korkea verensokeri on T2D:n tunnusmerkki ja se johtaa tioredoksiinia säätelevän proteiinin (engl. thioredoxin-interacting protein, TXNIP) lisääntymiseen soluissa. Lisääntynyt TXNIP:n ilmeneminen lisää solujen oksidatiivista stressiä ja aiheuttaa sekä tulehdusta että apoptoosia. TXNIP:n lisääntynyttä ilmenemistä on tutkittu laajasti monissa kudoksissa ja solutyypeissä, kuten haiman beetasoluissa, mutta kyseisen proteiinin tutkiminen BMSC:ssä on puutteellista. Tässä tutkielmassa tutkimme Txnip:n hiljentämistä mRNA tasolla käyttäen siRNA-transfektointi -menetelmää ja seurasimme miten se vaikuttaa BMSC:n elinkykyyn ja erilaistumiseen. Elinkykyä analysoimme elävien solujen kuvantamismenetelmällä ja metabolista aktiivisuutta mittaavilla kokeilla. Solujen erilaistumiskykyä analysoimme qPCR:n avulla osteoblastien ja adiposyyttien merkkigeenien mRNA ilmentymistä seuraten. Tutkielmassa osoitimme, että solujen elinkykytulokset olivat ristiriitaisia, kun Txnip hiljennettiin mRNA tasolla. Txnip:n mRNA ilmenemistä hiljentämällä solujen erilaistumiskyky huononi, eivätkä ne enää erilaistuneet osteoblasteiksi eikä adiposyyteiksi. Lisäksi työssä huomattiin yhteys glukoosinkuljettajaproteiinin Glut4:n ja Txnip:n mRNA ilmenemisten välillä. Solun metaboliaan vaikuttava Txnip vaikuttaisi olevan tärkeä solujen aktiivisuuden ja erilaistumisen kannalta, ja sen puute aiheutti solujen erilaistumisen heikentymistä.