Plasticidad fisiológica de las células madre del cuerpo carotídeo adulto: caracterización del linaje mesectodérmico

Abstract

El cuerpo carotídeo (CB), un órgano quimiosensor derivado de la cresta neural, permite la adaptación a la hipoxia crónica mediante neurogénesis y angiogénesis. Recientemente se ha descrito en nuestro grupo que ambos procesos son resultado de la actividad de una población de células madre neurales que residen en este nicho germinal. Éstas dan lugar a neuroesferas (NS) in vitro. Mediante análisis génico por microarrays de NS de CB enriquecidas en células indiferenciadas versus diferenciadas hemos hallado a la proteína CD10 como un marcador de progenitores de CB.

CD10 es una metaloendopeptidasa que inactiva péptidos señalizadores a través de su dominio catalítico exterior, y paralelamente, interviene en proliferación, diferenciación endotelial y migración gracias a su dominio citoplasmático. La expresión de CD10 en CB co-localiza parcialmente con Nestina y/o GFAP, y los análisis del trazado del linaje celular han confirmado que las células CD10+ provienen del linaje de la célula madre del CB (CBSC) GFAP+. El aislamiento de células CD10+ mediante citometría de flujo incrementa la eficiencia de formación de NS. De manera relevante, los progenitores CD10+ se diferencian hacia células de músculo liso (SMA+) y células endoteliales (GSA I+), pero no se diferencian hacia células neuronales (TH+), indicando que los progenitores CD10+ están restringidos hacia el linaje mesectodérmico del CB.

Dado que CD10 es un regulador angiogénico en otros tejidos, y la importante angiogénesis que tiene lugar en el CB en hipoxia mantenida, realizamos experimentos funcionales de esta proteína. Estos han revelado que la expresión de CD10 está regulada por la hipoxia en CB, y que CD10 controla la diferenciación endotelial de los progenitores CD10+, al menos a través de su actividad catalítica. Uno de los principales sustratos de CD10 es la endotelina-1 (ET-1), que es liberada en el CB en hipoxia. Es una citoquina pro-proliferativa y pro-angiogénica que incrementa el número de células CD10+ y los niveles de expresión de CD10 in vitro, además mediante análisis génico de mciroarrays hemos visto que ET-1 induce la diferenciación mesectodérmica de las CBSCs. En definitiva, los progenitores CD10+, restringidos al linaje mesectodérmico, tras el estímulo hipóxico, ven reducidos los niveles de expresión de CD10, reproduciéndose la activación de dichos progenitores y su consecuente diferenciación hacia células vasculares, que contribuyen a la angiogénesis que tiene lugar en el órgano en hipoxia crónica.

We have described a novel neurogenic niche in the adult carotid body (CB), an oxygen-sensing organ derived from the neural crest that is able to adapt to chronic hypoxemia by increasing the number of chemosensory neuronal cells and vascular cells. These neurogenesis and angiogenesis depend on the activity of a resident population of neural progenitors, which are also able to form neurospheres (NS) in vitro. Gene expression analysis comparing NS cultures enriched in undifferentiated versus differentiated cells displayed CD10 as a candidate marker for CB progenitor cells.

CD10 is a metalloendopeptidase that inactivates signalling peptides, modifying the extracellular environment. In parallel, CD10 protein has an intracellular domain that mediates proliferation, endothelial differentiation and migration processes, by direct protein-protein associations. In the CB, CD10 expression partially co-localizes with Nestin and/or GFAP, and a cell-fate mapping analysis has confirmed that CD10+ cells lie within the CB progenitor lineage. Sorting for CD10+ cells increases NS-forming efficiency. Interestingly, CD10+ progenitors can differentiate into smooth muscle (SMA+) or endothelial (GSA I+) cells, but are not able to convert into neuronal (TH+) cells, indicating a mesectodermal commitment in these cells.

Since a profound angiogenesis occurs in the CB in response to hypoxia and it is described that CD10 is a key regulator of angiogenesis, we have tested whether CD10 is having a role in regulating this process. Our functional study revealed that CD10 protein controls endothelial differentiation of the CD10+ progenitor subpopulation, likely through the catalytic activity of CD10. One of the typical molecules cleaved by CD10 is the pro-angiogenic peptide endothelin-1 (ET-1). ET-1 significantly increases CD10 expression and the amount of CD10+ cells in vitro, and gene expression analysis shows that ET-1 induces an increase in mesectodermal differentiation of CBSCs. Taking together, our results suggest that GFAP+ stem cells give rise to mesectoderm-committed CD10+ progenitors, and that CD10 could have a functional role cleaving peptides such as ET-1, regulating the angiogenesis that accompany the neurogenesis suffered in hypoxemia. A deeper knowledge of the molecular mechanisms governing CB progenitor cell fate decisions will improve our understanding of the physiology of this important chemoreceptor organ.