Osteogenic Commitment of Human Periodontal Ligament Cells Is Predetermined by Methylation, Chromatin Accessibility and Expression of Key Transcription Factors.

Resumo

As células-tronco do ligamento periodontal (PDLCs) constituem uma importante fonte celular para terapias regenerativas voltadas à formação de tecido ósseo. Entretanto, os resultados terapêuticos ainda são imprevisíveis devido à heterogeneidade dessas células, especialmente quanto à capacidade de diferenciação em osteoblastos e formação de nódulos mineralizados. Neste estudo, foram investigadas as diferenças epigenéticas [(hidroxi)metilação do DNA], de acessibilidade da cromatina (ATAC-seq) e transcricionais (RNA-seq) entre populações de PDLCs com baixo (l-PDLCs) e alto potencial osteogênico (h-PDLCs). As células foram avaliadas tanto em estado basal, cultivadas em meio DMEM, quanto após 10 dias de indução osteogênica em meio osteogênico (OM). No estado basal, as h-PDLCs apresentaram maior expressão de fatores de transcrição e maior acessibilidade em regiões regulatórias de genes relacionados à osteogênese, enquanto as l-PDLCs exibiram predominância de genes associados à diferenciação neuronal. Essas diferenças permaneceram após a indução osteogênica, sendo observada maior ativação de genes e processos biológicos relacionados ao fenótipo osteoblástico nas h-PDLCs. Mesmo após o estímulo osteogênico, as l-PDLCs mantiveram hipermetilação e baixa expressão de genes envolvidos no desenvolvimento ósseo, indicando persistência de um perfil epigenético menos favorável à diferenciação osteoblástica. A análise dos motivos de ligação de fatores de transcrição, associada aos níveis de expressão desses fatores, demonstrou a importância da regulação mediada por SP1, SP7 (osterix) e DLX4 nas h-PDLCs, enquanto os motivos para os fatores de transcrição SIX e OLIG2 foram enriquecidos exclusivamente nas l-PDLCs. Além disso, a análise de uma segunda população de l-PDLCs indicou que a elevada expressão dos fatores de transcrição OCT4, SIX3 e PPARG pode atuar como um marcador preditivo de baixo comprometimento osteogênico. Em conjunto, os resultados demonstram que diversos processos biológicos relacionados ao comprometimento osteoblástico encontram-se ativados precocemente nas h-PDLCs, enquanto as l-PDLCs apresentam atraso na ativação do programa osteoblástico, provavelmente em decorrência da manutenção da metilação de genes envolvidos na formação óssea. Esses processos são determinados por padrões epigenéticos e transcricionais distintos, cuja identificação poderá contribuir para a seleção de populações de PDLCs com maior potencial osteogênico para aplicações em medicina regenerativa e engenharia de tecidos.