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Fragestellung: Alterung ist ein komplexer Prozess, welcher sich auf molekularer, zellulärer und systemischer Ebene vollzieht. In einer vorangegangenen Studie konnten wir zeigen, dass sich das funktionellen Verhalten und die Proteinexpression von Mesenchymalen Stammzellen (MSCs) mit dem Alter der Spendertiere ändern. In der vorliegenden Studie untersuchten wir, ob es auch einen altersabhängigen Einfluss der systemischen Umgebung (Serum) auf das Verhalten und die Proteinexpression von MSCs gibt.

Methodik: Die MSCs wurden aus alten (12 Monate; aMSCs) und jungen (drei Wochen; jMSCs) Sprague-Dawley Ratten isoliert. Gleichzeitig wurde das Serum (altes Serum/junges Serum) gewonnen. Die Migrationskapazität der Zellen wurde in einem modifizierten Boyden-Kammer Assay bestimmt. Das Seneszenzverhalten wurde mittels Western Blot gegen die Zellzyklus-Inhibitoren analysiert. Die osteogene Differenzierung wurde über die Matrixmineralisation mittels Alizarin Red bestimmt. Die adipogene Differenzierung wurde durch eine Red Oil Färbung quantifiziert. Die Proteome von alten MSCs und jungen MSCs wurden nach der Kultivierung in beiden Seren mittels 2D-PAGE und anschließender Massenspektrometrie analysiert.

Ergebnisse und Schlussfolgerungen: Unabhängig vom verwendeten Serum zeigten alte MSCs eine geringere Migrationkapazität als junge MSCs (junges Serum: jMSCs = 82,5%, aMSCs = 64,2%, p= 0,006; altes Serum: jMSCs = 78,9%, aMSCs = 65,9%, p=0,04). Die Kultivierung in altem Serum führt jedoch zu einer erhöhten Expression der Zellzyklus-Inhibitoren p16INK4a (jMSCs: ratio[altes Serum/junges Serum] = 2,5, p= 0,04; aMSCs: ratio[altes Serum/junges Serum] = 3,6, p=0,008) und p21Waf1/Cip1 (jMSCs: ratio[altes Serum/junges Serum] = 3,9, p= 0,017; aMSCs: ratio[altes Serum/junges Serum] = 3,9, p=0,005). Ebenfalls wurde eine starke Abhängigkeit der osteogenen Differenzierung vom verwendet Serum beobachtet. Unabhängig von den verwendeten MSCs, war die Matrixmineralisierung in jungem Serum wesentlich höher als in altem Serum (jMSCs: ratio[altes Serum/junges Serum] = 0,6, p<0,001; oMSCs: ratio[altes Serum/junges Serum] = 0,5, p=0,004). Im Gegensatz dazu differenzierten die alten MSCs in altem Serum etwas stärker in die adipogene Richtung als alle anderen untersuchten Kombinationen. Durch die Analyse des Proteoms der MSCs in altem Serum und jungem Serum wurden verschiedene Proteine identifiziert, deren Expression vom Alter der systemischen Umgebung abhängt. Interessanterweise scheint der Unterschied in der Proteinexpression nach der Kultivierung in altem oder jungem Serum wesentlich stärker bei den alten als bei den jungen MSCs zu sein, was durch eine wesentlich höhere Anzahl an unterschiedlich exprimierten Proteinen deutlich wurde. Zusammenfassend zeigt diese Studie, dass es einen altersabhängigen Einfluss der systemischen Umgebung auf das funktionelle Verhalten und die Proteinexpression von aMSC und jMSCs gibt.