CCN3-A key regulator of the hematopoietic compartment

CCN3, a founding member of the CCN family of growth regulators, was linked with hematology in 2003(1) when it was detected in human serum. CCN3 is expressed and secreted by hematopoietic progenitor cells in normal bone marrow. CCN3 acts through the core stem cell signalling pathways including Notch and Bone Morphogenic Protein, connecting CCN3 with the modulation of self-renewal and maturation of a number of cell lineages including hematopoietic, osteogenic and chondrogenic. CCN3 expression is disrupted in Chronic Myeloid Leukemia as a consequence of the BCR-ABL oncogene and allows the leukemic clone to evade growth regulation. In contrast, naive cord blood progenitors undergo enhanced clonal expansion in response to CCN3. Altered CCN3 expression is associated with numerous solid tumors including glioblastoma, melanoma. adrenocortical tumours, prostate cancer and bone malignancies including osteosarcoma. Mature CCN3 protein has five distinct modules and truncated protein variants with altered function are found in many cancers. Regulation by CCN3 is therefore cell type and isoform specific. CCN3 has emerged as a key player in stem cell regulation, hematopoiesis and a crucial component within the bone marrow microenvironment. (c) 2008 Elsevier Ltd. All rights reserved.

RNAi screen identifies Jarid1b as a major regulator of mouse HSC activity

Histone methylation is a dynamic and reversible process proposed to directly impact on stem cell fate. The Jumonji (JmjC) domain-containing family of demethylases comprises 27 members which can demethylate mono-, di- and tri-methylated lysine residues of histone (or non-histone) targets. To evaluate their role in regulation of hematopoietic stem cell (HSC) behaviour we performed a RNAi-based screen and found that demethylases JARID1B (H3K4) and JHDM1F (H3K9) play opposing roles in regulation of HSC activity. Decrease in Jarid1b levels correlated with an in vitro expansion of HSC with preserved long term in vivo lympho-myeloid differentiation potential. Jarid1b knockdown was associated with an increase in expression levels of 5’ Hoxa cluster genes and CxCl5 , and reduced levels of Pu.1, Egr1 and Cav1. shRNA against Jhdmlf, in contrast, impaired hematopoietic reconstitution of bone marrow cells. Together, our studies identified Jarid1b as a negative, and Jhdmlf as a positive regulator of HSC activity.

The molecular signature of the stroma response in prostate cancer-induced osteoblastic bone metastasis highlights expansion of hematopoietic and prostate epithelial stem cell niches

The reciprocal interaction between cancer cells and the tissue-specific stroma is critical for primary and metastatic tumor growth progression. Prostate cancer cells colonize preferentially bone (osteotropism), where they alter the physiological balance between osteoblast-mediated bone formation and osteoclast-mediated bone resorption, and elicit prevalently an osteoblastic response (osteoinduction). The molecular cues provided by osteoblasts for the survival and growth of bone metastatic prostate cancer cells are largely unknown. We exploited the sufficient divergence between human and mouse RNA sequences together with redefinition of highly species-specific gene arrays by computer-aided and experimental exclusion of cross-hybridizing oligonucleotide probes. This strategy allowed the dissection of the stroma (mouse) from the cancer cell (human) transcriptome in bone metastasis xenograft models of human osteoinductive prostate cancer cells (VCaP and C4-2B). As a result, we generated the osteoblastic bone metastasis-associated stroma transcriptome (OB-BMST). Subtraction of genes shared by inflammation, wound healing and desmoplastic responses, and by the tissue type-independent stroma responses to a variety of non-osteotropic and osteotropic primary cancers generated a curated gene signature ("Core" OB-BMST) putatively representing the bone marrow/bone-specific stroma response to prostate cancer-induced, osteoblastic bone metastasis. The expression pattern of three representative Core OB-BMST genes (PTN, EPHA3 and FSCN1) seems to confirm the bone specificity of this response. A robust induction of genes involved in osteogenesis and angiogenesis dominates both the OB-BMST and Core OB-BMST. This translates in an amplification of hematopoietic and, remarkably, prostate epithelial stem cell niche components that may function as a self-reinforcing bone metastatic niche providing a growth support specific for osteoinductive prostate cancer cells. The induction of this combinatorial stem cell niche is a novel mechanism that may also explain cancer cell osteotropism and local interference with hematopoiesis (myelophthisis). Accordingly, these stem cell niche components may represent innovative therapeutic targets and/or serum biomarkers in osteoblastic bone metastasis.

c-Kit+ progenitors generate vascular cells for tissue-engineered grafts through modulation of the Wnt/Klf4 pathway

The development of decellularised scaffolds for small diameter vascular grafts is hampered by their limited patency, due to the lack of luminal cell coverage by endothelial cells (EC) and to the low tone of the vessel due to absence of a contractile smooth muscle cells (SMC). In this study, we identify a population of vascular progenitor c-Kit+/Sca-1- cells available in large numbers and derived from immuno-privileged embryonic stem cells (ESCs). We also define an efficient and controlled differentiation protocol yielding fully to differentiated ECs and SMCs in sufficient numbers to allow the repopulation of a tissue engineered vascular graft. When seeded ex vivo on a decellularised vessel, c-Kit+/Sca-1-derived cells recapitulated the native vessel structure and upon in vivo implantation in the mouse, markedly reduced neointima formation and mortality, restoring functional vascularisation. We showed that Krüppel-like transcription factor 4 (Klf4) regulates the choice of differentiation pathway of these cells through β-catenin activation and was itself regulated by the canonical Wnt pathway activator lithium chloride. Our data show that ESC-derived c-Kit+/Sca-1-cells can be differentiated through a Klf4/β-catenin dependent pathway and are a suitable source of vascular progenitors for the creation of superior tissue-engineered vessels from decellularised scaffolds.

c-Met inhibition in a HOXA9/Meis1 model of CN-AML

BACKGROUND: Hematopoiesis is a paradigm for developmental processes, hierarchically organized, with stem cells at its origin. Hematopoietic stem cells (HSCs) replenish progenitor and precursor cells of multiple lineages, which normally differentiate into short-lived mature circulating cells. Hematopoiesis has provided insight into the molecular basis of tissue homeostasis and malignancy. Malignant hematopoiesis, in particular acute myeloid leukemia (AML), results from impaired development or differentiation of HSCs and progenitors. Co-overexpression of HOX and TALE genes, particularly the HOXA cluster and MEIS1, is associated with AML. Clinically relevant models of AML are required to advance drug development for an aging patient cohort.

RESULTS: Molecular analysis identified altered gene, microRNA, and protein expression in HOXA9/Meis1 leukemic bone marrow compared to normal controls. A candidate drug screen identified the c-Met inhibitor SU11274 for further analysis. Altered cell cycle status, apoptosis, differentiation, and impaired colony formation were shown for SU11274 in AML cell lines and primary leukemic bone marrow.

CONCLUSIONS: The clonal HOXA9/Meis1 AML model is amenable to drug screening analysis. The data presented indicate that human AML cells respond in a similar manner to the HOXA9/Meis1 cells, indicating pre-clinical relevance of the mouse model.

Impact de HOXB4 sur les cellules B

La greffe de cellules souches hématopoïétiques autologue est une thérapie de plus en plus utilisée. Cependant, les traitements de chimiothérapie ou de radiothérapie intensifs peuvent affecter les cellules souches et diminuer le nombre de ces cellules pouvant être mobilisées à des fins de transplantation. Il serait donc très utile de pouvoir expandre ces cellules souches afin de s’assurer qu’elles soient en quantité suffisante pour procéder à la greffe. Or, il a été démontré que la protéine HOXB4 a la capacité d’expandre les cellules souches hématopoïétiques humaines et murines. Lors d’une greffe autologue, la moelle osseuse est cependant colonisée par des cellules malignes. Notre objectif était donc de s’assurer que la protéine HOXB4 expand les cellules souches hématopoïétiques normales mais n’expand pas les cellules « souches » leucémiques. De plus, comme des expériences précédentes ont démontré que chez des souris transplantées avec des cellules souches surexprimant HOXB4, la reconstitution du système hématopoïétique pouvait favoriser les cellules myéloïdes aux dépends des cellules lymphoïdes, nous avons aussi voulu déterminer l’impact de HOXB4 sur la différenciation des cellules progénitrices lymphoïdes normales. Pour ce faire, nous avons exposé des cellules humaines et murines à la protéine HOXB4 afin de comparer la prolifération des cellules B malignes à celle des cellules B normales. De plus, nous avons évalué l’impact de HOXB4 sur les cellules B à leurs différents stades de différenciation. Nos résultats démontrent que HOXB4 ne favorise pas l’expansion des cellules leucémiques. De plus, nous avons observé que les cellules lymphoïdes surexprimant la protéine HOXB4 ont un ralentissement dans leur processus de différenciation. Aussi, la surexpression de HOXB4 entraîne une diminution de la fréquence et du nombre de progéniteurs lymphoïdes normaux. Ces résultats démontrent donc que la protéine HOXB4 ne produit pas d’expansion des cellules malignes. De plus, elle confère un désavantage prolifératif aux cellules lymphoïdes.

Alternative splicing by hnRNP L as a new modulator of hematopoietic cell differentiation, survival and migration

Les modifications post-transcriptionnelles de l’ARN messager (ARNm), comme l’épissage alternatif, jouent un rôle important dans la régulation du développement embryonnaire, de la fonction cellulaire et de l’immunité. De nouvelles évidences révèlent que l’épissage alternatif serait également impliqué dans la régulation de la maturation et de l’activation des cellules du système hématopoïétique. Le facteur hnRNP L a été identifié comme étant le principal régulateur de l’épissage alternatif du gène codant pour le récepteur CD45 in vitro. Le récepteur CD45 est une tyrosine phosphatase exprimée par toutes les cellules du système hématopoïétique qui contrôle le développement et l’activation des lymphocytes T. Dans un premier temps, nous avons étudié la fonction du facteur hnRNP L dans le développement des lymphocytes T et dans l’épissage de l’ARNm de CD45 in vivo en utilisant des souris dont le gène de hnRNP L a été supprimé spécifiquement dans les cellules T. La délétion de hnRNP L dans les thymocytes résulte en une expression aberrante des différents isoformes de CD45 avec une prédominance de l'isoforme CD45RA qui est généralement absent dans le thymus. Une conséquence de la délétion de hnRNP L est une diminution de la cellularité du thymus causée par un blocage partiel du développement des cellules pré-T au stade DN4. Cette réduction du nombre de cellules dans le thymus n’est pas liée à une hausse de la mort cellulaire. Les thymocytes déficients pour hnRNP L démontrent plutôt une prolifération augmentée comparée aux thymocytes sauvages due à une hyper-activation des kinases Lck, Erk1/2 et Akt. De plus, la délétion de hnRNP L dans le thymus cause une perte des cellules T en périphérie. Les résultats des expériences in vitro suggèrent que cette perte est principalement due à un défaut de migration des thymocytes déficients pour hnRNP L du thymus vers la périphérie en réponse aux chimiokines. L’épissage alternatif de CD45 ne peut expliquer ce phénotype mais l’identification de cibles par RNA-Seq a révélé un rôle de hnRNP L dans la régulation de l’épissage alternatif de facteurs impliqués dans la polymérisation de l’actine. Dans un second temps, nous avons étudié le rôle de hnRNP L dans l’hématopoïèse en utilisant des souris dont la délétion de hnRNP L était spécifique aux cellules hématopoïétiques dans les foies fœtaux et la moelle osseuse. L’ablation de hnRNP L réduit le nombre de cellules progénitrices incluant les cellules progénitrices lymphocytaires (CLPs), myéloïdes (CMPs, GMPs) et mégakaryocytes-érythrocytaires (MEPs) et une perte des cellules hématopoïétiques matures. À l’opposé des cellules progénitrices multipotentes (MPPs) qui sont affectées en absence de hnRNP L, la population de cellules souches hématopoïétiques (HSCs) n’est pas réduite et prolifère plus que les cellules contrôles. Cependant, les HSCs n’exprimant pas hnRNP L sont positives pour l'Annexin V et expriment CD95 ce qui suggère une mort cellulaire prononcée. Comme pour les thymocytes, une analyse par RNA-Seq des foies fœtaux a révélé différents gènes cibles de hnRNP L appartenant aux catégories reliées à la mort cellulaire, la réponse aux dommages à l’ADN et à l’adhésion cellulaire qui peuvent tous expliquer le phénotype des cellules n’exprimant pas le gène hnRNP L. Ces résultats suggèrent que hnRNP L et l’épissage alternatif sont essentiels pour maintenir le potentiel de différenciation des cellules souches hématopoïétiques et leur intégrité fonctionnelle. HnRNP L est aussi crucial pour le développement des cellules T par la régulation de l’épissage de CD45 ainsi que pour leur migration.

Impact de la maladie du greffon contre l’hôte sur la reconstitution immunitaire suite à une transplantation allogénique de cellules souches hématopoïétiques

La transplantation allogénique de cellules souches hématopoïétiques (ASCT) est couramment utilisée pour traiter différents cancers hématologiques. Malheureusement, l’effet bénéfique de cette technique est limité par la réaction du greffon contre l’hôte (GVHD) qui demeure la cause principale de mortalité post-greffe. La GVHD endommage différents organes et retarde la reconstitution immunitaire des lymphocytes T (LT) ce qui augmente les risques d’infection et de rechute. Le développement de nouveaux traitements permettant d’accélérer la reconstitution immunitaire augmenterait donc les chances de survie des patients greffés. Il existe deux façons de régénérer des LT: via la thymopoïèse qui consiste à produire de nouveaux LT, ou par la prolifération homéostatique (PH) qui implique l’expansion rapide des LT matures retrouvés dans le greffon. La PH requiert deux signaux essentiels: l’interleukine-7 (IL-7) et la présentation d’antigènes du soi par les cellules dendritiques (DC) via le complexe majeur d’histocompatibilité (CMH) I pour les LT CD8+ et le CMH II pour les LT CD4+. Dans un contexte d’ASCT, la chimiothérapie et la GVHD endommagent le thymus rendant la thymopoïèse inefficace. Par conséquent, la reconstitution immunitaire repose presque entièrement sur la PH des LT. L’objectif de cette thèse était de comprendre comment la GVHD affecte la reconstitution des LT. Grâce à un modèle murin, nous avons démontré que la PH des LT CD4+ est absente durant la GVHD et ce, dû à de faibles niveaux d’IL-7 et une diminution du nombre de DC. La perte des DC est en grande partie causée par des niveaux réduits de stromal derived factor-1α (SDF-1α) et par l’absence de progéniteurs de DC dans la moelle osseuse des souris en GVHD. Le traitement des souris en GVHD avec du SDF-1α permet d’augmenter le nombre de DC, et lorsqu’administré avec l’IL-7, améliore significativement la PH des LT CD4+. Contrairement aux LT CD4+, l’administration d’IL-7 seule est suffisante pour restaurer la PH des LT CD8+ durant la GVHD et ce, même en absence des DC. Ces différences s’expliquent pour deux raisons : 1) l’expression du CMH I, contrairement au CMH II, n’est pas limitée aux DC mais est également exprimée par les cellules stromales du receveur ce qui est suffisant pour induire la PH des LT CD8+ et 2) les LT CD8+ répondent à des concentrations plus faibles d’IL-7 systémique comparativement aux LT CD4+. En conclusion, l’ensemble de ces résultats permettra de mettre en place des études translationnelles sur le potentiel thérapeutique du SDF-1α et de l’IL-7 dans la reconstitution immunitaire des patients greffés.

Establishing a Robust In Vitro Embryonic Stem Cell Differentiation Assay to Monitor the Hematopoietic Potential of DELES Clones

Afin d’effectuer des études fonctionnelles sur le génome de la souris, notre laboratoire a généré une bibliothèque de clones de cellules souches embryonnaires (ESC) présentant des suppressions chromosomiques chevauchantes aléatoires – la bibliothèque DELES. Cette bibliothèque contient des délétions couvrant environ 25% du génome murin. Dans le laboratoire, nous comptons identifier de nouveaux déterminants du destin des cellules hématopoïétiques en utilisant cet outil. Un crible primaire utilisant la benzidine pour démontrer la présence d'hémoglobine dans des corps embryoïdes (EBS) a permis d’identifier plusieurs clones délétés présentant un phénotype hématopoïétique anormal. Comme cet essai ne vérifie que la présence d'hémoglobine, le but de mon projet est d'établir un essai in vitro de différenciation des ESC permettant de mesurer le potentiel hématopoïétique de clones DELES. Mon hypothèse est que l’essai de différenciation hématopoïétique publié par le Dr Keller peut être importé dans notre laboratoire et utilisé pour étudier l'engagement hématopoïétique des clones DELES. À l’aide d’essais de RT-QPCR et de FACS, j’ai pu contrôler la cinétique de différenciation hématopoïétique en suivant l’expression des gènes hématopoïétiques et des marqueurs de surface comme CD41, c-kit, RUNX1, GATA2, CD45, β-globine 1 et TER-119. Cet essai sera utilisé pour valider le potentiel hématopoïétique des clones DELES candidats identifiés dans le crible principal. Mon projet secondaire vise à utiliser la même stratégie rétro-virale a base de Cre-loxP utilisée pour générer la bibliothèque DELES pour générer une bibliothèque de cellules KBM-7 contenant des suppressions chromosomiques chevauchantes. Mon but ici est de tester si la lignée cellulaire leuémique humaine presque haploïde KBM-7 peut être exploitée en utilisant l'approche DELES pour créer cette bibliothèque. La bibliothèque de clones KBM-7 servira à définir les activités moléculaires de drogues anti-leucémiques potentielless que nous avons identifiées dans le laboratoire parce qu’elles inhibent la croissance cellulaire dans plusieurs échantillons de leucémie myéloïde aiguë dérivés de patients. Elle me permettra également d'identifier les voies de signalisation moléculaires qui, lorsque génétiquement perturbées, peuvent conférer une résistance à ces drogues.

MicroRNAs Modulate Hematopoietic Lineage Differentiation

MicroRNAs (miRNAs), an abundant class of ~22 nucleotide non-coding RNAs, are thought to play an important regulatory role in animal and plant development at the posttranscriptional level. Many miRNAs cloned from mouse bone marrow cells are differentially regulated in various hematopoietic lineages, suggesting that they might influence hematopoietic lineage differentiation. Some human miRNAs are linked to leukemias: the miR-15a/miR-16 locus is frequently deleted or down-regulated in patients with B-cell chronic lymphocytic leukemia and miR-142 is at a translocation site found in a case of aggressive B-cell leukemia. miR-181, a miRNA upregulated only in the B cell lineage of mouse bone marrow cells, promotes B cell differentiation and inhibits production of CD8⁺ T cells when expressed in hematopoietic stem/progenitor cells. In contrast miR-142s inhibits production of both CD4⁺ and CD8⁺ T cells and does not affect B cells. Collectively, these results indicate that microRNAs are components of the molecular circuitry controlling mouse hematopoiesis and suggest that other microRNAs have similar regulatory roles during other facets of vertebrate development.

Detailed molecular characterization of cord blood-derived endothelial progenitors

Objective. Given their involvement in pathological and physiological angiogenesis, there has been growing interest in understanding and manipulating endothellial progenitor cells (EPC) for therapeutic purposes. However, detailed molecular analysis of EPC before and during endothelial differentiation is lacking and is the subject of the present study. Materials and Methods. We report a detailed microarray gene-expression profile of freshly isolated (day 0) human cord blood (CB)-derived EPC (CD133(+)KDR(+) or CD34(+)KDR(+)), and at different time points during in vitro differentiation (early: day 13; late: day 27). Results. Data obtained reflect an EPC transcriptome enriched in genes related to stem/progenitor cells properties (chromatin remodeling, self-renewal, signaling, cytoskeleton organization and biogenesis, recruitment, and adhesion). Using a complementary DNA microarray enriched in intronic transcribed sequences, we observed, as well, that naturally transcribed intronic noncoding RNAs were specifically expressed at the EPC stage. Conclusion. Taken together, we have defined the global gene-expression profile of CB-derived EPC during the process of endothelial differentiation, which can be used to identify genes involved in different vascular pathologies. (C) 2008 ISEH - Society for Hematology and Stem Cells. Published by Elsevier Inc.

Cysteine proteinase inhibitors regulate human and mouse osteoclastogenesis by interfering with RANK signaling

The cysteine proteinase inhibitor cystatin C inhibited RANKL-stimulated osteoclast formation in mouse bone marrow macrophage cultures, an effect associated with decreased mRNA expression of Acp5, Calcr, Ctsk, Mmp9, Itgb3, and Atp6i, without effect on proliferation or apoptosis. The effects were concentration dependent with half-maximal inhibition at 0.3 μM. Cystatin C also inhibited osteoclast formation when RANKL-stimulated osteoclasts were cultured on bone, leading to decreased formation of resorption pits. RANKL-stimulated cells retained characteristics of phagocytotic macrophages when cotreated with cystatin C. Three other cysteine proteinase inhibitors, cystatin D, Z-RLVG-CHN2 (IC50 0.1 μM), and E-64 (IC 50 3 μM), also inhibited osteoclast formation in RANKL-stimulated macrophages. In addition, cystatin C, Z-RLVG-CHN2, and E-64 inhibited osteoclastic differentiation of RANKL-stimulated CD14+ human monocytes. The effect by cystatin C on differentiation of bone marrow macrophages was exerted at an early stage after RANKL stimulation and was associated with early (4 h) inhibition of c-Fos expression and decreased protein and nuclear translocation of c-Fos. Subsequently, p52, p65, IκBα, and Nfatc1 mRNA were decreased. Cystatin C was internalized in osteoclast progenitors, a process requiring RANKL stimulation. These data show that cystatin C inhibits osteoclast differentiation and formation by interfering intracellularly with signaling pathways downstream RANK. © FASEB.

Multiple Intravenous Administrations of Human Umbilical Cord Blood Cells Benefit in a Mouse Model of ALS

Background: A promising therapeutic strategy for amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is the use of cell-based therapies that can protect motor neurons and thereby retard disease progression. We recently showed that a single large dose (25x10(6) cells) of mononuclear cells from human umbilical cord blood (MNC hUCB) administered intravenously to pre-symptomatic G93A SOD1 mice is optimal in delaying disease progression and increasing lifespan. However, this single high cell dose is impractical for clinical use. The aim of the present pre-clinical translation study was therefore to evaluate the effects of multiple low dose systemic injections of MNC hUCB cell into G93A SOD1 mice at different disease stages. Methodology/Principal Findings: Mice received weekly intravenous injections of MNC hUCB or media. Symptomatic mice received 10(6) or 2.5x10(6) cells from 13 weeks of age. A third, pre-symptomatic, group received 10(6) cells from 9 weeks of age. Control groups were media-injected G93A and mice carrying the normal hSOD1 gene. Motor function tests and various assays determined cell effects. Administered cell distribution, motor neuron counts, and glial cell densities were analyzed in mouse spinal cords. Results showed that mice receiving 10(6) cells pre-symptomatically or 2.5x10(6) cells symptomatically significantly delayed functional deterioration, increased lifespan and had higher motor neuron counts than media mice. Astrocytes and microglia were significantly reduced in all cell-treated groups. Conclusions/Significance: These results demonstrate that multiple injections of MNC hUCB cells, even beginning at the symptomatic disease stage, could benefit disease outcomes by protecting motor neurons from inflammatory effectors. This multiple cell infusion approach may promote future clinical studies.

BCL2A1a Over-Expression in Murine Hematopoietic Stem and Progenitor Cells Decreases Apoptosis and Results in Hematopoietic Transformation

We previously reported the development of a lethal myeloid sarcoma in a non-human primate model utilizing retroviral vectors to genetically modify hematopoietic stem and progenitor cells. This leukemia was characterized by insertion of the vector provirus into the BCL2A1 gene, with resultant BCL2A1 over-expression. There is little information on the role of this anti-apoptotic member of the BCL2 family in hematopoiesis or leukemia induction. Therefore we studied the impact of Bcl2a1a lentiviral over-expression on murine hematopoietic stem and progenitor cells. We demonstrated the anti-apoptotic function of this protein in hematopoietic cells, but did not detect any impact of Bcl2a1a on in vitro cell growth or cell cycle kinetics. In vivo, we showed a higher propensity of HSCs over-expressing Bcl2a1a to engraft and contribute to hematopoiesis. Mice over-expressing Bcl2a1a in the hematologic compartment eventually developed an aggressive malignant disease characterized as a leukemia/lymphoma of B-cell origin. Secondary transplants carried out to investigate the primitive origin of the disease revealed the leukemia was transplantable. Thus, Bcl2a1 should be considered as a protooncogene with a potential role in both lymphoid and myeloid leukemogenesis, and a concerning site for insertional activation by integrating retroviral vectors utilized in hematopoietic stem cell gene therapy.

Vascular wall stem cells. Selection and conditioning of progenitors useful for cell therapy. A pathological case study

The arterial wall contains MSCs with mesengenic and angiogenic abilities. These multipotent precursors have been isolated from variously-sized human adult segments, belying the notion that vessel wall is a relatively quiescent tissue. Recently, our group identified in normal human arteries a vasculogenic niche and subsequently isolated and characterized resident MSCs (VW-MSCs) with angiogenic ability and multilineage potential. To prove that VW-MSCs are involved in normal and pathological vascular remodeling, we used a long-term organ culture system; this method was of critical importance to follow spontaneous 3-D vascular remodeling without any influence of blood cells. Next we tried to identify and localize in situ the VW-MSCs and to understand their role in the vascular remodeling in failed arterial homografts. Subsequently, we isolated this cell population and tested in vitro their multilineage differentiation potential through immunohistochemical, immunofluorescence, RT-PCR and ultrastructural analysis. From 25-30cm2 of each vascular wall homograft sample, we isolated a cell population with MSCs properties; these cells expressed MSC lineage molecules (CD90, CD44, CD105, CD29, CD73), stemness (Notch-1, Oct-4, Sca-1, Stro-1) and pericyte markers (NG2) whilst were negative for hematopoietic and endothelial markers (CD34, CD133, CD45, KDR, CD146, CD31 and vWF). MSCs derived from failed homografts (H-MSCs) exhibited adipogenic, osteogenic and chondrogenic potential but scarce propensity to angiogenic and leiomyogenic differentiation. The present study demonstrates that failed homografts contain MSCs with morphological, phenotypic and functional MSCs properties; H-MSCs are long-lived in culture, highly proliferating and endowed with prompt ability to differentiate into adipocytes, osteocytes and chondrocytes; compared with VW-MSCs from normal arteries, H-MSCs show a failure in angiogenic and leiomyogenic differentiation. A switch in MSCs plasticity could be the basis of pathological remodeling and contribute to aneurysmal failure of arterial homografts. The study of VW-MSCs in a pathological setting indicate that additional mechanisms are involved in vascular diseases; their knowledge will be useful for opening new therapeutic options in cardiovascular diseases.