Engineering a haematopoietic stem cell niche by revitalizing mesenchymal stromal cells

间充质干细胞 细胞生物学 生物 造血 干细胞 重编程 间质细胞 转录因子 细胞 癌症研究 遗传学 基因
作者
Fumio Nakahara,Daniel K. Borger,Qiaozhi Wei,Sandra Pinho,Maria Maryanovich,Ali H. Zahalka,Masako Suzuki,Cristian D. Cruz,Zichen Wang,Chunliang Xu,Philip E. Boulais,Avi Ma’ayan,John M. Greally,Paul S. Frenette
出处
期刊:Nature Cell Biology [Nature Portfolio]
卷期号:21 (5): 560-567 被引量:85
标识
DOI:10.1038/s41556-019-0308-3
摘要

Haematopoietic stem cells (HSCs) are maintained by bone marrow niches in vivo1,2, but the ability of niche cells to maintain HSCs ex vivo is markedly diminished. Expression of niche factors by Nestin-GFP+ mesenchymal-derived stromal cells (MSCs) is downregulated upon culture, suggesting that transcriptional rewiring may contribute to this reduced HSC maintenance potential. Using an RNA sequencing screen, we identified five genes encoding transcription factors (Klf7, Ostf1, Xbp1, Irf3 and Irf7) that restored HSC niche function in cultured bone marrow-derived MSCs. These revitalized MSCs (rMSCs) exhibited enhanced synthesis of HSC niche factors while retaining their mesenchymal differentiation capacity. In contrast to HSCs co-cultured with control MSCs, HSCs expanded with rMSCs showed higher repopulation capacity and protected lethally irradiated recipient mice. Competitive reconstitution assays revealed an approximately sevenfold expansion of functional HSCs by rMSCs. rMSCs prevented the accumulation of DNA damage in cultured HSCs, a hallmark of ageing and replication stress. Analysis of the reprogramming mechanisms uncovered a role for myocyte enhancer factor 2c (Mef2c) in the revitalization of MSCs. These results provide insight into the transcriptional regulation of the niche with implications for stem cell-based therapies. Nakahara et al. identify five transcriptional regulators that can revitalize Nestin-expressing mesenchymal stromal cells to enhance the synthesis of haematopoietic stem cell niche factors, improve haematopoietic stem cell expansion and protect them against DNA damage.

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