Influence of oxygen concentration on the differential gene expression in human induced pluripotent stem cells and their extracellular vesicles

Komórki macierzyste ze względu na zdolność do samoodnowy i różnicowania w różne typy komórek stanowią obiekt wielu badań. Z powodu wątpliwości etycznych, dotyczących wykorzystania komórek embrionalnych, wykorzystywane są w tym celu głównie indukowane pluripotencjalne komórki macierzyste (iPSC). iPSC wydzielają pęcherzyki zewnątrzkomórkowe (EVs), zawierające bioaktywne składniki, za pośrednictwem których zachodzi komunikacja międzykomórkowa.Warunki w jakich prowadzona jest hodowla komórkowa, mogą wywoływać różnice w ekspresji genów. Jedną z metod służących do mierzenia ekspresji genów jest technologia wysokoprzpustowego sekwencjonowania. Przeprowadzona w pracy analiza dotyczyła danych pochodzących z sekwencjonowania RNA-seq. Jej celem było zbadanie różnicy w ekspresji genów 3 linii hiPSC (C7, G, TC) oraz wydzielanych przez nie EVs, pochodzących z różnych warunków stężenia tlenu w hodowli (hipoksja: 5% i 3% O2 oraz normoksja: 21% O2). Do wykonania analizy użyto następujących programów do mapowania odczytów sekwencjonowania: Salmon, Kallisto, Subread oraz następujących programów do określania różnicowej ekspresji genów: limma, edgeR, DESEQ2. Jako dodatkowy cel, ustalono sprawdzenie różnic w uzyskanych rezultatach wynikających z zastosowanych programów oraz analizowanych linii komórkowych.Listy genów z największą różnicą w ekspresji pomiędzy testowanymi warunkami, uzyskane w analizie różnicowej ekspresji genów, różniły się w zależności od badanego porównania. W celu wyeliminowania różnic pomiędzy analizowanymi liniami komórkowymi, zbadano uśrednioną ekspresję genów. Znalezione listy genów DE dodatkowo różniły się w zależności od zastosowanych programów do DGE oraz metody mapowania transkryptów. Porównanie wariantów analizy zestawiono w tabelach a wspólne geny przedstawione zostały za pomocą diagramów Venna. W obrębie EVs znaczna liczba znalezionych genów DE stanowiła geny kodujące RNA, a nie białka. Znalezione wspólne geny o podwyższonej ekspresji w warunkach obniżonego stężenia tlenu, w porównaniu do normoksji dla EVs i hiPSC stanowiły: LDHA, BNIP3, SLC2A1, PGK1.Stem cells, due to their ability to self-renew and differentiate into different cell types, constitute a subject of numerous studies. Due to ethical concerns related to the use of human embryonic stem cells, mainly induced pluripotent stem cells (iPSCs) are used for this purpose. iPSCs secrete extracellular vesicles (EVs), which contain bioactive components and through which intercellular communication occurs.The conditions under which cell culture is conducted can induce differences in gene expression. One of the methods used to measure gene expression is high throughput sequencing technology. The analysis conducted in this study was based on RNA-seq data. The aim of this work was to investigate the difference in gene expression of 3 hiPSC lines (C7, G, TC) and the EVs they secrete from different oxygen conditions in culture (hypoxia: 5% and 3% O2 and normoxia: 21% O2). The following sequencing read mapping software was used to perform the analysis: Salmon, Kallisto, Subread, and the following programs to determine differential gene expression: limma, edgeR, DESEQ2. An additional objective was to test the differences in the results obtained with regard to the programs used and the cell lines analyzed.The lists of genes with the greatest difference in expression between the tested conditions, obtained in the differential gene expression analysis, varied according to the comparison tested. To eliminate differences between the analyzed cell lines, the meangene expression was examined. The obtained list of DE genes varied depending on the DGE programs used and the transcript mapping method. Comparisons of the analysis variants were tabulated and common genes were presented by Venn diagrams. Within EVs, a significant number of identified DE genes were RNA-encoding genes rather than protein-encoding genes. Common genes found in EVs and hiPSCs with increased expression under reduced oxygen conditions, compared to normoxia were: LDHA, BNIP3, SLC2A1, PGK1