Análise de transcriptoma de células-tronco mesenquimais humanas durante a osteogênese

Human mesenchymal stem cells (hMSC) differentiation into osteoblast follows a specific gene expression program, committing itself initially under Wnt and BMPs pathways influence then differentiating into osteoblasts. However, specifically activated pathways during the first three days of differentiation are still poorly understood. Considering next generation sequencing technologies efficiency, and the lack of characterization in early hMSC differentiation process, in this work we used Illumina RNA-Seq to investigate the changes in these cells transcriptome. We used ex-vivo cultures of two human umbilical cord veins. Data from the complete transcriptome were analyzed in Transcriptogramer for the production of an ordered list of functionally associated genes, obtained by the mean of the gene expression taken on neighboring genes in this list, thus facilitating their biological interpretation. To study gene ontology and gene expression profile during osteogenesis, the metabolic processes and molecular functions significantly altered during the course of the differentiation process were analyzed in several tools (REVIGO, GOrila, PANTHER, LNCipedia and NONCODE) and properly described. During hMSC differentiation, an increase in expression of osteoblastic phenotype genes was observed as soon as the first day of differentiation started. Noncoding RNAs were also identified, depending on the evolution of the differentiation process, as well as genes involved in the formation of membrane rafts, on the third day of differentiation. During the third day of induction, cell differentiation regulation genes and other important genes on biological processes that precede differentiation, such as cell adhesion, signaling and external chemical factors response, have already increased expression. The study of gene expression during these first three days also revealed the decrease in the expression of groups of genes crucial to basal metabolism maintenance, RNA degradation and cytoskeleton organization, thus indicating that the cellular changes that lead the cell into differentiation may originate during the first three days of osteogenic treatment.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)A diferenciação das células-tronco mesenquimais humanas (CTMh) em osteoblasto segue um programa específico de expressão gênica, comprometendo-se inicalmente sob a influência das vias Wnt (Wingless pathway) e das BMPs (bone morphogenetic protein) que direcionam a célula a sua transformação em osteoblasto. Entretanto, as vias ativadas especificamente durante a fase inicial da diferenciação são ainda pouco exploradas. Assim, o objetivo deste trabalho foi caracterizar o perfil transcricional do início do processo de diferenciação de CTMh, obtidas da veia do cordão umbilical, em osteoblasto, a partir da técnica de RNA-Seq. A partir dos dados de transcriptoma, foi produzida uma lista ordenada de genes funcionalmente associados, obtida pela média da expressão gênica tomada sobre genes vizinhos nesta lista, facilitando, assim, a sua interpretação biológica. Para o estudo de ontologia gênica e delineamento do perfil de expressão durante a osteogênese, os processos metabólicos e funções moleculares significativamente alterados durante o decorrer do processo de diferenciação foram analisados em diversas ferramentas (REVIGO, GOrila, PANTHER, LNCipedia e NONCODE) e descritos. Durante a indução à diferenciação das CTMh em osteoblasto, foi observado o aumento da expressão de genes característicos do fenótipo osteoblástico já a partir do primeiro dia de diferenciação. Foram identificados RNAs não codificantes, consoante a evolução da diferenciação, bem como genes envolvidos na formação de rafts de membrana, já a partir do terceiro dia de diferenciação. Durante o terceiro dia de indução, genes envolvidos na regulação da diferenciação celular e em outros processos biológicos que precedem a diferenciação, como adesão celular, sinalização e resposta à fatores químicos externos já apresentaram aumento em sua expressão. O estudo da expressão gênica durante estes três primeiros dias revelou ainda a diminuição na expressão de genes envolvidos em processos biológicos de manutenção de metabolismo basal, degradação de RNA e organização do citoesqueleto, indicando assim que as mudanças celulares que levam a célula a entrar em diferenciação podem ter origem durante os três primeiros dias de tratamento osteogênico