Mécanotransduction et cellules souches mésenchymateuses humaines : Etude de l'effet d'une contrainte d'étirement équibiaxial sur la voie de TGF-ß - Université de Lorraine
Theses Year : 2009

Mechanotransduction and human mesenchymal stem cells: study of the effect of a equibiaxial strain on the TGF-ß pathway

Mécanotransduction et cellules souches mésenchymateuses humaines : Etude de l'effet d'une contrainte d'étirement équibiaxial sur la voie de TGF-ß

Abstract

Transforming growth factor-ß (TGF-ß) is a key factor for chondrogenic differentiation of human mesenchymal stem cells (hMSCs). Mechanical loading has also been shown to be important in MSC differentiation, but mechanisms by which mechanotransduction occurs remain largely elusive. The aim of our work was to define the short-time effect of cyclic tensile strain (CTS, 0.5 Hz or 1 Hz, 5% equibiaxial strain) on the hMSCs. Firstly, we investigated the culture parameters for the isolation of hMSCs and by which the initial expansion was influenced. We chose the opitimal culture conditions for hMSCs. Secondly, we studied the effect of TGF-ß1 on the hMSCs and chondrocytes. We found that Smad3 phosphorylation (Smad3p) was increased after 1 hour by the stimulation of TGF-ß1, but decreased after 3 hours, Smad3p translocation to the nucleus was observed too, and the effect was dose-dependent. At the same time, TGF-ß1 increased the expression of the gene of Sox9. Finally, we studied the effect of CTS on the hMSCs and chondrocytes. Results showed that CTS had the same effect that TGF-ß1 on the Smad3 phosphorylation and the expression of the gene of Sox9: CTS increases the latent TGF-ß1 in the medium, increases the internalisation of the type II TGF-ß receptor and changes the form of hMSCs. Moreover a synergy effect between CTS and TGF-ß1 was observed. We conclude that CTS could stimulate MSC differentiation by the activation of endogenous TGF-ß signaling pathway. It seems that the mechanisms of mechanotransduction are controlled by multiple factors.
Le TGF-ß (Transforming growth factor-ß) joue un rôle très important dans la différenciation des cellules souches mésenchymateuses humaines (CSMs) en chondrocytes. La contrainte mécanique joue un rôle important aussi dans la différenciation des CSMs, mais, le mécanisme de mécanotransduction reste obscur. Le but de nos travaux a été de définir l'effet; a des temps courts de l'étirement équibiaxial (0,5 Hz ou 1 Hz, 5%) sur les CSMs. Dans un premier temps, nous avons étudié les conditions de culture pour l?isolement et l'expansion des CSMs, et nous avons choisi les conditions de culture optimales pour ces CSMs. Dans un deuxième temps, nous avons étudié l'effet du TGF-ß1 sur les CSMs et les chondrocytes. Nous avons trouvé que la phosphorylation de Smad3 est augmentée après 1 heure de stimulation avec du TGF-ß1, mais diminuée après 3 heures: Au même temps, Smad3p s'est translocalisée dans le noyau. C?est un effet dépendant de la concentration. L'expression du gène de Sox9 est augmentée également après stimulation avec du TGF-ß1. Dans un troisième temps, nous avons étudié l'effet de la contrainte d'étirement sur les CSMs et les chondrocytes. Nous avons trouvé que la contrainte d'étirement avait le même effet que le TGF-ß1 sur la phosphorylation de Smad3 et l'expression du gène de Sox9. En plus, avec l'étirement, le TGF-ß1 latent est activé, le RII est internalisé et les CSMs sont plus allongées. De plus, il y avait un effet synergique entre l'étirement et le TGF-ß1. En conclusion, la contrainte d'étirement active la différenciation des CSMs par l'activation de la voie du TGF-ß. Il semble que le mécanisme de mécanotransduction est contrôlé par plusieurs facteurs.
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Cite

Huahua Chen. Mécanotransduction et cellules souches mésenchymateuses humaines : Etude de l'effet d'une contrainte d'étirement équibiaxial sur la voie de TGF-ß. Médecine humaine et pathologie. Université Henri Poincaré - Nancy 1, 2009. Français. ⟨NNT : 2009NAN10068⟩. ⟨tel-01748384⟩
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