Genome-wide DNA (hydroxy) methylation reveals the individual epigenetic landscape importance on osteogenic phenotype acquisition in periodontal ligament cells

Resumo

A biologia das células mesenquimais tem se mostrado uma importante ferramenta de investigação para maximizar a regeneração óssea por meio da engenharia de tecidos. Neste estudo, utilizamos células mesenquimais do ligamento periodontal (PDLCs) com alto (h-) e baixo (l-) potencial osteogênico, isoladas de diferentes doadores, para investigar o impacto dos perfis epigenéticos e transcricionais individuais sobre o potencial osteogênico. Foram realizadas análises de metilação e hidroximetilação do DNA em todo o genoma e em genes específicos, além da avaliação da expressão de RNAm e de imunofluorescência em PDLCs de alto e baixo potencial osteogênico cultivadas em meio DMEM (sem indução osteogênica) e em meio osteogênico (OM), após 3 e 10 dias de diferenciação osteogênica in vitro. Os resultados da análise genômica global demonstraram perfis epigenéticos distintos entre as PDLCs, sendo que a maior parte das diferenças foi observada no 10º dia de cultivo em meio osteogênico. As células cultivadas em DMEM apresentaram maior concentração de sondas diferencialmente metiladas em comparação com aquelas cultivadas em OM, principalmente em regiões correspondentes ao corpo dos genes (gene body), regiões intrônicas e regiões open sea no 3º dia, com aumento da concentração dessas sondas nas regiões TSS200 e nas ilhas CpG (CpG islands) após 10 dias de diferenciação. Em condições basais, as PDLCs de alto e baixo potencial osteogênico apresentaram perfis transcricionais distintos. As PDLCs de baixo potencial osteogênico exibiram níveis mais elevados dos transcritos NANOG, OCT4, SOX2, BAPX1, DNMT3A e TET1/3, além de níveis reduzidos de RUNX2, resultado confirmado por análises de imunofluorescência para NANOG, OCT4 e RUNX2. Após a indução osteogênica, o perfil transcricional diferenciado dos genes relacionados à multipotencialidade foi mantido entre as PDLCs. Nas células de baixo potencial osteogênico, a correlação inversa entre a metilação do DNA e a expressão gênica de RUNX2 e NANOG indica que a metilação pode desempenhar um papel importante na modulação da expressão desses genes. Os perfis epigenéticos e transcricionais distintos observados em condições basais entre as PDLCs permaneceram após a indução da diferenciação osteogênica. Não se pode descartar a existência de um complexo molecular responsável por reprimir a osteogênese, sugerindo que as características individuais dos doadores exercem influência significativa sobre a aquisição do fenótipo osteogênico.