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Characterization of the role of H2S in neuronal differentiation in Trisomy 21
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Abstract(s)
Down syndrome (DS) is caused by trisomy of chromosome 21 and is one of the most prevalent aneuploidies compatible with life. The characteristics of DS include congenital heart defects, craniofacial abnormalities, gastrointestinal anomalies, leukemia, seizures, early onset of Alzheimer´s disease, and cognitive impairment among others. Disturbances in the neurological signal processing during critical stages of neurogenesis can affect proliferation, migration, and differentiation of stem cells which may be responsible for the mental impairment of these individuals. These features are important to understanding how DS's brain development is affected. The gene coding for cystathionine-beta-synthase (CBS) is present in chromosome 21 with an extra copy in individuals with DS. CBS is one of the enzymes responsible for the cellular production of hydrogen sulfide (H2S). This is a ubiquitous small gaseous signaling molecule that plays an important role in many physiological processes. However, the contribution of H2S to the abnormal neurodevelopment of DS individuals has not been addressed and is currently under investigation under the Araújo lab. In this study, we aimed to evaluate the contribution of H2S in DS fibroblasts prior to reprogramming these cells into induced pluripotent stem cells (iPSC) to be used in the future as a human cellular model to address the role of H2S in neuronal differentiation in DS. To accomplish this objective, fibroblasts collected from Down Syndrome patients and healthy donors were obtained and H2S production was assessed by time-lapse imaging using a fluorescent probe selective for H2S. The fibroblasts were afterward reprogrammed into iPS cells. The levels of intracellular H2S were higher in the DS cell line when compared to the healthy donor cell line. iPS cells from the DS individuals and the healthy donor fibroblasts were reprogrammed with success and both cell lines expressed the main pluripotency markers Sox2, Nanog, and Oct4 observed by immunocytochemistry and flow cytometry analysis. The data obtained in this work and the iPS lines developed will allow in the future the establishment of an important cellular model to study how H2S affects neurodevelopment in DS.
Síndrome de Down (SD) é causado pela trissomia do cromossoma 21 e é uma das aneuploidias mais prevalentes que são compatíveis com a vida. Os sintomas característicos de SD são defeitos cardíacos congénitos, defeitos craniofaciais, anomalias gastrointestinais, leucemia, convulsões, início precoce de Alzheimer, diminuição do défice cognitivo entre outros. Distúrbios no processo de sinalização neurológica durante as fases críticas da neurogénese podem afetar a proliferação, migração e diferenciação das células estaminais, podendo ser responsável pelo défice cognitivo. Estas características são de grande importância para entender como se desenvolve o cérebro afetado por SD. O gene que codifica para a cistationina-beta-sintase (CBS) está presente no cromossoma 21 com uma cópia extra presente nos indivíduos com SD. CBS é uma das enzimas responsáveis pela produção celular de sulfureto de hidrogénio (H2S). É uma pequena molécula gasosa sinalizadora e ubíqua que desempenha um papel importante em muitos processos fisiológicos. Contudo, a contribuição do H2S para o anormal desenvolvimento neuronal em indivíduos com SD ainda não foi abordada e está neste momento sob investigação no laboratório da professora Inês Araújo. Neste estudo, o nosso objectivo era avaliar previamente a produção de H2S em fibroblastos com SD antes de os reprogramar em células estaminais pluripotentes induzidas, para serem usados no futuro como um modelo celular humano de maneira a abordar o papel do H2S na diferenciação neuronal no SD. Para concretizar esse objectivo, fibroblastos colhidos de pacientes com SD e de dadores saudáveis foram obtidos e a produção de H2S foi avaliada por imagiologia de lapso temporal usando uma sonda selectiva para H2S. Os fibroblastos foram posteriormente reprogramados em células iPS. Os níveis intracelulares de H2S foram mais elevados na linha celular com SD quando comparada com a linha celular de dador saudável. As células iPS de paciente com SD e de dador saudável foram reprogramadas com sucesso e ambas as linhas expressam os principais marcadores de pluripotência Sox2, Nanog e Oct4 que foram observados através de imunocitoquímica e citometria de fluxo. Os dados obtidos neste trabalho e as linhas iPS desenvolvidas irão permitir no futuro o estabelecimento de um importante modelo celular para o estudo de como o H2S afeta o neurodesenvolvimento no SD.
Síndrome de Down (SD) é causado pela trissomia do cromossoma 21 e é uma das aneuploidias mais prevalentes que são compatíveis com a vida. Os sintomas característicos de SD são defeitos cardíacos congénitos, defeitos craniofaciais, anomalias gastrointestinais, leucemia, convulsões, início precoce de Alzheimer, diminuição do défice cognitivo entre outros. Distúrbios no processo de sinalização neurológica durante as fases críticas da neurogénese podem afetar a proliferação, migração e diferenciação das células estaminais, podendo ser responsável pelo défice cognitivo. Estas características são de grande importância para entender como se desenvolve o cérebro afetado por SD. O gene que codifica para a cistationina-beta-sintase (CBS) está presente no cromossoma 21 com uma cópia extra presente nos indivíduos com SD. CBS é uma das enzimas responsáveis pela produção celular de sulfureto de hidrogénio (H2S). É uma pequena molécula gasosa sinalizadora e ubíqua que desempenha um papel importante em muitos processos fisiológicos. Contudo, a contribuição do H2S para o anormal desenvolvimento neuronal em indivíduos com SD ainda não foi abordada e está neste momento sob investigação no laboratório da professora Inês Araújo. Neste estudo, o nosso objectivo era avaliar previamente a produção de H2S em fibroblastos com SD antes de os reprogramar em células estaminais pluripotentes induzidas, para serem usados no futuro como um modelo celular humano de maneira a abordar o papel do H2S na diferenciação neuronal no SD. Para concretizar esse objectivo, fibroblastos colhidos de pacientes com SD e de dadores saudáveis foram obtidos e a produção de H2S foi avaliada por imagiologia de lapso temporal usando uma sonda selectiva para H2S. Os fibroblastos foram posteriormente reprogramados em células iPS. Os níveis intracelulares de H2S foram mais elevados na linha celular com SD quando comparada com a linha celular de dador saudável. As células iPS de paciente com SD e de dador saudável foram reprogramadas com sucesso e ambas as linhas expressam os principais marcadores de pluripotência Sox2, Nanog e Oct4 que foram observados através de imunocitoquímica e citometria de fluxo. Os dados obtidos neste trabalho e as linhas iPS desenvolvidas irão permitir no futuro o estabelecimento de um importante modelo celular para o estudo de como o H2S afeta o neurodesenvolvimento no SD.
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Keywords
Fibroblastos Molécula gasosa Precoce de alzheimer Cromossoma 21