Wirkung der Klasse I spezifischen Histondeacetylaseinhibitoren MS-275 und MGCD0103 sowie des Breitspektruminhibitors LBH589 auf die Differenzierung von humanen mesenchymalen Stammzellen

Abstract

Die Transplantation von insulinproduzierenden Zellen, die aus körpereigenen Stammzellen gewonnen werden stellt einen experimentellen Ansatz zur Therapie des Diabetes mellitus Typ 1 dar.In einer Reihe von Differenzierungsprotokollen werden Histondeacetylaseinhibitoren (HDACi) genutzt, um die Wirkung von differenzierungsrelevanten Faktoren mittels epigenetischer Modifikationen zu verstärken. HDACi führen u.a. durch Verstärkung acetylierter Histonmodifikationen zu gelockertem Chromatin und somit zu erhöhter Genexpression unterschiedlicher Gene. Sie können dadurch Einfluss auf die Differenzierung von Stammzellen nehmen und kontrollieren eine Vielzahl verschiedener Differenzierungsvorgänge. Wir untersuchten die isolierte Wirkung dieser HDACi auf humane, mesenchymale Stammzellen. Hierzu führten wir eine Zellkultur über fünf Tage durch und behandelten die Zellen mit einem Breitspektruminhibitor (LBH589), sowie mit den Klasse-I-spezifischen HDACi MS-275 und MGCD0103.Zu definierten Zeitpunkten wurde die Genexpression des insulin gene enhancer protein (ISL-1) und des paired-box-gene 6 (Pax6) gemessen, zwei Transkriptionsfaktoren, die eine Rolle bei der Embryogenese des Pankreas spielen.In den mit LBH589 behandelten Zellen zeigte sich eine signifikante Erhöhung der Genexpression dieser Gene in dynamischem Muster. Die Klasse-I-spezifischen HDACi zeigten hingegen keine signifikante Beeinflussung der untersuchten Gene.Alle drei HDACi hatten einen antiproliferativen Effekt auf eine Telomerase- immortalisierte Stammzelllinie. LBH589 ist ein klinisch etablierter HDACi im Bereich hämato-onkolgischer Neoplasien. Er wirkt antiproliferativ, induziert Differenzierung und führt zur Apoptose von Tumorzellen. Dies könnte helfen dem aktuell bestehenden Problem einer Tumorformation nach Transplantation zu entgegnen.LBH589 als Breitspektruminhibitor präsentiert somit zwei wichtige Eigenschaften, die ihn für weitere Einsätze in Differenzierungsprotokollen attraktiv erscheinen lassen. The application of insulin producing cells, which are obtained from autologous mesenchymal stem cells represents an experimental approach for the treatment of typ I diabetes.There are several differentiation protocols in which Histondeacetylase- Inhibitors (HDACi) are used to enhance the effect of transcription factors by modifying epigenetic signals.They inhibit HDACs and thereby lead to prevention of condense DNA structure, following activation of gene transcription.Panobinostat (LBH-589) is a broad spectrum Inhibitor, which inhibits HDACs of class I as well as class II and IV. Entinostat (MS-275) and Mocetinostat (MGCD0103) are specific for class I HDACs.To analyze the effect of histon-deacetylase inhibition on human mesenchymal stem cells, we performed cell culture for five days, using the braodspectrum HDACi LBH589 as well as the class-I-specific HDACi MS-275 and MGCD0103.After 6h, 24h, 48h and 120h we measured the expression of insulin gene enhancer protein (ISL-1) and paired-box-gene 6 (Pax6), two markers for Langerhans-cell development, by using real-time PCR.We found that HDAC inhibition by LBH589 upregulates the expression of these genes in a significant way, whereas MS-275 and MGCD0103 did not show any significant changes in gene expression.Furthermore all of the three HDACi showed an antiproliferative effect on telomerase immortalized stem cells. LBH589 has already proved its anticancer acitvity in clinical use.This feature might offer the possibility to prevent tumor formation after transplantation of differentiated stem cells in vivo.Taken together, LBH589 as a broadspectrum HDACi offers the opportunity to be used as a component in further differentiation protocosl to suppport differentiation as well as to prevent tumor formation.