Osteogenic Commitment of Human Periodontal Ligament Cells Is Predetermined by Methylation, Chromatin Accessibility and Expression of Key Transcription Factors
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Informações
Título
Osteogenic Commitment of Human Periodontal Ligament Cells Is Predetermined by Methylation, Chromatin Accessibility and Expression of Key Transcription Factors
Título (EN)
Osteogenic Commitment of Human Periodontal Ligament Cells Is Predetermined by Methylation, Chromatin Accessibility and Expression of Key Transcription Factors
Autor(es)
Rahyza I F Assis, Francesca Racca, Rogério S Ferreira, Karina G S Ruiz, Rodrigo A da Silva, Samuel J H Clokie, Malgorzata Wiench, Denise C Andia
Instituição
Universidade Paulista
Tipo
Artigo
Tipo de Mídia
Revista
Resumo (EN)
Periodontal ligament stem cells (PDLCs) can be used as a valuable source in cell therapies to regenerate bone tissue. However, the potential therapeutic outcomes are unpredictable due to PDLCs' heterogeneity regarding the capacity for osteoblast differentiation and mineral nodules production. Here, we identify epigenetic (DNA (hydroxy)methylation), chromatin (ATAC-seq) and transcriptional (RNA-seq) differences between PDLCs presenting with low (l) and high (h) osteogenic potential. The primary cell populations were investigated at basal state (cultured in DMEM) and after 10 days of osteogenic stimulation (OM). At a basal state, the expression of transcription factors (TFs) and the presence of gene regulatory regions related to osteogenesis were detected in h-PDLCs in contrast to neuronal differentiation prevalent in l-PDLCs. These differences were also observed under stimulated conditions, with genes and biological processes associated with osteoblast phenotype activated more in h-PDLCs. Importantly, even after the induction, l-PDLCs showed hypermethylation and low expression of genes related to bone development. Furthermore, the analysis of TFs motifs combined with TFs expression suggested the relevance of SP1, SP7 and DLX4 regulation in h-PDLCs, while motifs for SIX and OLIG2 TFs were uniquely enriched in l-PDLCs. Additional analysis including a second l-PDLC population indicated that the high expression of OCT4, SIX3 and PPARG TFs could be predictive of low osteogenic commitment. In summary, several biological processes related to osteoblast commitment were activated in h-PDLCs from the onset, while l-PDLCs showed delay in the activation of the osteoblastic program, restricted by the persistent methylation of gene related to bone development. These processes are pre-determined by distinguishable epigenetic and transcriptional patterns, the recognition of which could help in selection of PDLCs with pre-osteoblastic phenotype.
Resumo
Células-tronco do ligamento periodontal (PDLCs) podem ser usadas como uma fonte valiosa em terapias celulares para regenerar tecido ósseo. No entanto, os potenciais resultados terapêuticos são imprevisíveis devido à heterogeneidade das PDLCs em relação à capacidade de diferenciação de osteoblastos e produção de nódulos minerais. Aqui, identificamos diferenças epigenéticas (DNA (hidroxi)metilação), cromatina (ATAC-seq) e transcricionais (RNA-seq) entre PDLCs que apresentam baixo (l) e alto (h) potencial osteogênico. As populações de células primárias foram investigadas no estado basal (cultivadas em DMEM) e após 10 dias de estimulação osteogênica (OM). No estado basal, a expressão de fatores de transcrição (TFs) e a presença de regiões reguladoras de genes relacionadas à osteogênese foram detectadas em h-PDLCs em contraste com a diferenciação neuronal prevalente em l-PDLCs. Essas diferenças também foram observadas em condições estimuladas, com genes e processos biológicos associados ao fenótipo de osteoblastos mais ativados em h-PDLCs. Importante, mesmo após a indução, l-PDLCs mostraram hipermetilação e baixa expressão de genes relacionados ao desenvolvimento ósseo. Além disso, a análise de motivos de TFs combinada com a expressão de TFs sugeriu a relevância da regulação de SP1, SP7 e DLX4 em h-PDLCs, enquanto motivos para TFs SIX e OLIG2 foram enriquecidos exclusivamente em l-PDLCs. Análises adicionais incluindo uma segunda população de l-PDLC indicaram que a alta expressão de TFs OCT4, SIX3 e PPARG poderia ser preditiva de baixo comprometimento osteogênico. Em resumo, vários processos biológicos relacionados ao comprometimento osteoblástico foram ativados em h-PDLCs desde o início, enquanto l-PDLCs mostraram atraso na ativação do programa osteoblástico, restrito pela metilação persistente do gene relacionado ao desenvolvimento ósseo. Esses processos são pré-determinados por padrões epigenéticos e transcricionais distinguíveis, cujo reconhecimento poderia ajudar na seleção de PDLCs com fenótipo pré-osteoblástico.
Palavras-chave
DNA methylation; epigenomics; osteogenesis; periodontal ligament cells; transcriptome
Direito de Acesso
Acesso Aberto
Financiamento
FAPESP