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Publicação
MicroRNAs as key regulators of senescence in Mesenchymal Stem Cells
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Resumo(s)
Osteoarthritis affects over 500 million people worldwide and remains a major health burden. Recent therapeutic approaches involve the intra-articular injection of mesenchymal stem cells (MSCs) to promote cartilage repair and attenuate inflammation. However, large-scale expansion of MSCs for allogeneic therapies is limited by cellular senescence, which arises during repeated in vitro expansion and compromises their proliferative, differentiation, and immunomodulatory capacities. Strategies to modulate senescence are therefore of great interest. MicroRNAs (miRNAs), are potent post-transcriptional regulators of gene expression, representing promising candidates. While several miRNAs are under evaluation in clinical trials for other conditions, their role in MSC senescence remains insufficiently understood. Here, we investigated the miRNA landscape and proteomic profile of senescence in human bone marrow-derived MSCs (hBM-MSCs) exposed to two stressors: γ-irradiation (DNA damage) and H₂O₂ (oxidative stress). Both 10 Gy γ-irradiation and 600 μM H₂O₂ effectively induced senescence, evidenced by reduced proliferation, DNA damage, β-gal activity, and cytoplasmic enlargement. Proteomics analysis identified 61 and 41 differentially expressed proteins under irradiation and H₂O₂, respectively, with 7 shared. Small RNA sequencing revealed 61 miRNAs altered by irradiation and 51 by H₂O₂, with 26 shared. Integrative analysis highlighted conserved families (miR-17, miR-15) and emerging regulators (miR-106b-5p, miR-15b-5p, miR-16-5p), implicating cell-cycle, pluripotency, and stress-response pathways. These findings provide novel insights into miRNA–protein networks governing MSC senescence and suggest potential molecular targets to preserve MSC functionality during expansion.
A osteoartrite afeta milhões de pessoas em todo o mundo, representando um crescente problema de saúde mundial. Recentemente, uma nova terapia emergiu, na qual células estaminais mesenquimatosas são injetadas intra-articularmente para promover reparação da cartilagem e atenuar a inflamação. Contudo, a expansão em larga escala destas células para terapias alogénicas é limitada pela senescência celular, que surge durante a expansão in vitro e compromete a sua capacidade proliferativa, de diferenciação e de imunomodulação. Logo, o desenvolvimento de estratégias para modular a senescência assume particular relevância. Os microRNAs (miRNAs), são potentes reguladores pós-transcricionais da expressão génica, representando ser candidatos promissores para modular a senescência destas células. Embora vários miRNAs estejam já em avaliação em ensaios clínicos para outras patologias, o seu papel na senescência das células estaminais mesenquimatosas permanece pouco estudado. Neste estudo, investigámos o perfil de miRNAs e o panorama proteómico associados à senescência em células estaminais mesenquimatosas derivadas da medula óssea humana expostas a dois tipos de stresse: γ-irradiação (dano no DNA) e H₂O₂ (stresse oxidativo). Tanto a irradiação de 10 Gy como 600 μM de H₂O₂ induziram eficazmente senescência, evidenciada por redução da proliferação, aumento dos danos no DNA, atividade de β-gal e p21 e aumento da área citoplasmática. Análise proteómica identificou 61 proteínas diferencialmente expressas após irradiação e 41 após tratamento com H₂O₂, das quais 7 comuns a ambos os modelos. O sequenciamento de pequenos RNAs revelou 61 miRNAs alterados pela irradiação e 51 pelo H₂O₂, sendo 26 partilhados. A análise integrativa destacou famílias conservadas (miR-17, miR-15) e reguladores emergentes (miR-106b-5p, miR-15b-5p, miR-16-5p), implicados no controlo do ciclo celular, pluripotência e vias de resposta ao stresse. Estes resultados fornecem novos contributos para a compreensão das redes miRNA–proteína que regulam a senescência das células estaminais mesenquimatosas e sugerem potenciais alvos moleculares para preservar a sua funcionalidade durante a expansão in vitro.
A osteoartrite afeta milhões de pessoas em todo o mundo, representando um crescente problema de saúde mundial. Recentemente, uma nova terapia emergiu, na qual células estaminais mesenquimatosas são injetadas intra-articularmente para promover reparação da cartilagem e atenuar a inflamação. Contudo, a expansão em larga escala destas células para terapias alogénicas é limitada pela senescência celular, que surge durante a expansão in vitro e compromete a sua capacidade proliferativa, de diferenciação e de imunomodulação. Logo, o desenvolvimento de estratégias para modular a senescência assume particular relevância. Os microRNAs (miRNAs), são potentes reguladores pós-transcricionais da expressão génica, representando ser candidatos promissores para modular a senescência destas células. Embora vários miRNAs estejam já em avaliação em ensaios clínicos para outras patologias, o seu papel na senescência das células estaminais mesenquimatosas permanece pouco estudado. Neste estudo, investigámos o perfil de miRNAs e o panorama proteómico associados à senescência em células estaminais mesenquimatosas derivadas da medula óssea humana expostas a dois tipos de stresse: γ-irradiação (dano no DNA) e H₂O₂ (stresse oxidativo). Tanto a irradiação de 10 Gy como 600 μM de H₂O₂ induziram eficazmente senescência, evidenciada por redução da proliferação, aumento dos danos no DNA, atividade de β-gal e p21 e aumento da área citoplasmática. Análise proteómica identificou 61 proteínas diferencialmente expressas após irradiação e 41 após tratamento com H₂O₂, das quais 7 comuns a ambos os modelos. O sequenciamento de pequenos RNAs revelou 61 miRNAs alterados pela irradiação e 51 pelo H₂O₂, sendo 26 partilhados. A análise integrativa destacou famílias conservadas (miR-17, miR-15) e reguladores emergentes (miR-106b-5p, miR-15b-5p, miR-16-5p), implicados no controlo do ciclo celular, pluripotência e vias de resposta ao stresse. Estes resultados fornecem novos contributos para a compreensão das redes miRNA–proteína que regulam a senescência das células estaminais mesenquimatosas e sugerem potenciais alvos moleculares para preservar a sua funcionalidade durante a expansão in vitro.
Descrição
Palavras-chave
Non-coding RNAs In vitro models Molecular therapies Aging Osteoarthritis