Isolation and characterization of extracellular vesicles from acute myeloid and bone marrow stromal cells

Abstract

Nos últimos anos, vários estudos têm demonstrado interesse por um fenómeno relacionado com a idade, conhecido como hematopoiese clonal (CH), que se desenvolve, em parte, pelo aparecimento de células hematopoiéticas estaminais (HSCs) defeituosas na medula óssea (BM). CH pode ainda evoluir hematopoiese clonal de potencial indeterminado (CHIP), processo caracterizado pelo aparecimento de mutações somáticas, especificamente nas HSCs em indivíduos idosos. Para além disso, o perfil de mutação do CHIP está presente de igual forma em duas patologias diferentes: leucemia mieloide aguda (LMA) e doenças cardiovasculares (DCVs). Avanços recentes descreveram que o nicho da medula óssea está envolvido na regulação da diferenciação e autorrenovação de muitas células estaminais, como as HSCs e as células mesenquimais estaminais (MSCs). Adicionalmente, estudos mostram que as vesículas extracelulares (EVs) são uma parte crucial da comunicação entre estas células da medula óssea. Alterações nestes processos de regulação pode progredir para um processo de hematopoiese anormal, e para o desenvolvimento de doenças malignas, como LMA. Curiosamente, a autofagia é um mecanismo necessário no contexto das doenças cardíacas, assim como no contexto da sobrevivência de células leucémicas. Desta forma, o objetivo geral deste trabalho foi isolar e caracterizar EVs, especificamente, exosomas, de linhas celulares de MSCs e de LMA para uma melhor compreensão da comunicação intercelular da medula óssea, que pode levar a alterações da seleção natural de clones de HSCs com diferentes mutações de CHIP, levando a diferentes doenças associadas, principalmente LMA e DCVs. Para este estudo, foram usadas três linhas celulares diferentes de LMA (NB-4, HL-60 e KG-1), MSCs derivadas da BM, e células endoteliais cardíacas de ratinho (MCEC-1). Os dados apresentados sugerem que as MSCs são capazes de modular a resposta das células leucémicas, sendo esta modulação dependente do subtipo de modelo de célula de LMA presente. Além disso, EVs derivados de MSCs mostraram diminuir a sobrevivência das células HL-60 e MCEC-1, modulando o processo de autofagia. Em geral, as MSCs, assim como as EVs libertadas por elas, são capazes de modular a resposta das células leucémicas. No entanto, pesquisas adicionais serão necessárias para elucidar o papel dos EVs na regulação da fisiopatologia da leucemia.

In the last years, many studies have developed interest in an age-related event, known as clonal hematopoiesis (CH), which arises, partly, when defective hematopoietic stem cells (HSCs) appear in the bone marrow (BM). CH can turn into a more severe phenomenon, called clonal hematopoiesis of indeterminate potential (CHIP), characterized by somatic mutations that are particularly present in HSCs from old individuals. Furthermore, apparently, this CHIP mutation profile is equally present in two different pathologies: acute myeloid leukemia (AML) and cardiovascular diseases (CVDs). Recent advances have described that the BM niche is involved in the regulation of differentiation and self-renewal of many stem cells, as HSCs and mesenchymal stem cells (MSCs). Additionally, studies show that extracellular vesicles (EVs) are a crucial part of the communication among all of these different stem cells. Moreover, changes in these normal regulation processes can progress to an abnormal hematopoiesis and to the development of malignancies, such as AML. Interestingly, autophagy is an important mechanism in the context of cardiac diseases, being also essential for survival of leukemic cells. Thus, the overall goal of this work was to isolate and characterize EVs, specifically exosomes, from MSCs and AML cells to better understand the BM intercellular communication that might alter the natural selection of HSCs clones with different CHIP mutations, leading to different CHIP-associated diseases, mainly AML and CVDs. Three different AML cell lines (NB-4, HL-60 and KG-1), MSCs derived from BM, and a mouse cardiac endothelial cells (MCEC-1) were used in this study. Data herein presented suggest that MSCs are able to modulate the leukemic cells response, being this modulation dependent of the sub-type of AML cell model present. Also, MSCs-derived EVs showed to decrease HL-60 and MCEC-1 cells survival, modulating the process of autophagy. In general, MSCs and their derived EVs are able to modulate the AML cells response. Nevertheless, additional research will be necessary to elucidate the role of EVs in the regulation of leukemia pathophysiology.