Influence of diabetes mellitus on large-scale gene expression of bone marrow mesenchymal stem cells

O diabetes mellitus é uma doença crônica e de incidência crescente na população mundial. As desordens metabólicas decorrentes do diabetes podem causar sérias complicações em diversos órgãos. No tecido ósseo, o diabetes causa disfunção nas células, redução da formação óssea e alterações na microarquitetura do tecido, tornando-o mais suscetível a fraturas. Apesar de existirem muitas evidências acerca do efeito do diabetes sobre o metabolismo ósseo, as alterações induzidas pela doença sobre o genoma das células osteoprogenitoras têm sido pouco exploradas. Assim sendo, este estudo teve por objetivo comparar os perfis de expressão gênica em larga escala de células-tronco mesenquimais (CTMs) isoladas da medula óssea de ratos diabéticos e saudáveis. Para indução do diabetes, ratos machos Wistar (250 g) receberam uma única injeção intraperitoneal de estreptozotocina (STZ) diluída em tampão citrato (60 mg/Kg). O grupo controle recebeu uma única injeção de tampão citrato (veículo). O diabetes foi confirmado pela dosagem dos níveis de glicose sanguínea utilizando o Accu-Chek Active® (diabéticos ≥ 300 mg/dL; controle ≤ 135 mg/dL). Após 9 semanas da injeção, as CTMs foram coletadas dos fêmures dos ratos e cultivadas em meio de crescimento. Atingida a subconfluência, o RNA total foi extraído das células e a análise genômica foi realizada por microarray utilizando lâminas Agilent 4x44k. Os perfis de expressão gênica foram analisados pelo software GeneSpring 14.9 GX (Agilent), considerando um fold-change ≥ 2,0 (p ≤ 0,05). A caracterização funcional dos genes diferencialmente expressos foi realizada pela database DAVID (p ≤ 0,05) e os dados do microarray foram confirmados por PCR em tempo real. As CTMs isoladas dos ratos diabéticos apresentaram, em relação às CTMs dos ratos saudáveis, 848 genes induzidos e 1112 genes reprimidos. Os processos de diferenciação osteoblástica, regulação positiva da mineralização, inibição da atividade osteoclástica e processo regenerativo foram enriquecidos predominantemente por genes reprimidos, o que sugere que o diabetes pode ter um efeito inibitório sobre a osteogênese e a mineralização da matriz óssea. Adicionalmente, o diabetes induziu a expressão do gene Pparg, que é considerado um regulador chave da diferenciação adipogênica. Os resultados do microarray mostraram que o diabetes mellitus alterou as características moleculares das CTMs, influenciando a expressão de genes envolvidos com processos biológicos considerados relevantes para a formação e regeneração ósseaDiabetes mellitus is a chronic disease of increasing incidence in the world population. Metabolic disorders associated to diabetes can lead to serious complications in several organs. In bone tissue, diabetes causes cell dysfunction, reduced bone formation and changes in tissue microstructure, making it more susceptible to fractures. Although there is much evidence about the effect of diabetes on bone metabolism, the changes induced by this disease in the genome of osteoprogenitor cells have been poorly explored. Thus, this study aimed to compare the large-scale gene expression profiles of mesenchymal stem cells (MSCs) isolated from the bone marrow of healthy and diabetic rats. For diabetes induction, male Wistar rats (250 g) received a single intraperitoneal injection of streptozotocin (STZ) diluted in citrate buffer (60 mg/kg). The control group received a single injection of citrate buffer (vehicle). Diabetes was confirmed by the measurement of blood glucose levels using Accu-Chek Active® (diabetic ≥ 300 mg/dL, control ≤ 135 mg/dL). After 9 weeks of injection, the MSCs were collected from the femurs and cultured in growth medium. Reaching the subconfluence, total RNA was extracted and genomic analysis was performed by microarray using Agilent 4x44k slides. The gene expression profiles were analyzed by the GeneSpring 14.9 GX software (Agilent), considering a fold-change ≥ 2.0 (p ≤ 0.05). The functional characterization of the differentially expressed genes was performed by DAVID database (p ≤ 0.05) and the microarray data were confirmed by real-time PCR. MSCs isolated from diabetic rats showed, in relation to the MSCs of healthy rats, 848 induced genes and 1122 repressed genes. The osteoblastic differentiation, positive regulation of mineralization, inhibition of osteoclastic activity and regenerative process were enriched predominantly by repressed genes, suggesting that diabetes may have an inhibitory effect on osteogenesis and bone matrix mineralization. In addition, diabetes induced expression of the Pparg gene, which is considered a key regulator of adipogenic differentiation. The results of the microarray showed that diabetes mellitus altered the molecular characteristics of MSCs, influencing the expression of genes involved with biological processes considered relevant for bone formation and regeneratio