Anti-inflammatory, Anti-fibrotic and pro-cardiomyogenic effects of genetically engineered extracellular vesicles enriched in miR-1 and miR-199a on human cardiac fibroblasts

Rationale Emerging evidence indicates that stem cell (SC)- derived extracellular vesicles (EVs) carrying bioactive miRNAs are able to repair damaged or infarcted myocardium and ameliorate adverse remodeling. Fibroblasts represent a major cell population responsible for scar formation in the damaged heart. However, the effects of EVs on cardiac fibroblast (CFs) biology and function has not been investigated. Objective To analyze the biological impact of stem cell-derived EVs (SC-EVs) enriched in miR-1 and miR-199a on CFs and to elucidate the underlying molecular mechanisms. Methods and Results Genetically engineered human induced pluripotent stem cells (hiPS) and umbilical cord-derived mesenchymal stem cells (UC-MSCs) expressing miR-1 or miR-199a were used to produce miR-EVs. Cells and EVs were thoughtfully analyzed for miRNA expression using RT-qPCR method. Both hiPS-miRs-EVs and UC-MSC-miRs-EVs effectively transferred miRNAs to recipient CFs, however, hiPS-miRs-EVs triggered cardiomyogenic gene expression in CFs more efficiently than UC-MSC-miRs-EVs. Importantly, hiPS-miR-1-EVs exhibited cytoprotective effects on CFs by reducing apoptosis, decreasing levels of pro-inflammatory cytokines (CCL2, IL-$1\beta$, IL-8) and downregulating the expression of a pro-fibrotic gene – $\alpha$-smooth muscle actin ($\alpha$-SMA). Notably, we identified a novel role of miR-199a-3p delivered by hiPS-EVs to CFs, in triggering the expression of cardiomyogenic genes (NKX2.5, TNTC, MEF2C) and ion channels involved in cardiomyocyte contractility (HCN2, SCN5A, KCNJ2, KCND3). By targeting SERPINE2, miR-199a-3p may reduce pro-fibrotic properties of CFs, whereas miR-199a-5p targeted BCAM and TSPAN6, which may be implicated in downregulation of inflammation. Conclusions hiPS-EVs carrying miR-1 and miR-199a attenuate apoptosis and pro-fibrotic and pro-inflammatory activities of CFs, and increase cardiomyogenic gene expression. These finding serve as rationale for targeting fibroblasts with novel EV-based miRNA therapies to improve heart repair after myocardial injury

Human induced pluripotent stem cell - derived microvesicles as a promissing tool in regenerative medicine

Zawał mięśnia sercowego jest jedną z najczęstszych przyczyn zgonów na świecie. Spowodowany jest zamknięciem jednej z tętnic wieńcowych. Na skutek niedokrwienia, a co za tym idzie niedotlenienia, dochodzi do martwicy mięśnia sercowego, śmierci komórek funkcjonalnych serca (kardiomiocytów) i wytworzenia się blizny zbudowanej z fibroblastów oraz ich produktów (białek macierzy zewnątrzkomórkowej). Wszystkie te czynniki prowadzą do nieodwracalnego uszkodzenia serca i upośledzenia jego funkcji co powoduje dyskomfort w codziennym życiu u osób po zawale, a często prowadzi również do śmierci. Pomimo dostępnych metod leczenia farmakologicznego, w chwili obecnej medycyna jest tu bezsilna.Indukowalne pluripotencjalne komórki macierzyste (ang. induced pluripotent stem cells – iPS) są jednym z kluczowych odkryć naszych czasów w dziedzinie biologii komórki. Początkowo zdawały się być optymalnym narzędziem dla medycyny regeneracyjnej, jednak ze względu na ryzyko rozwoju teratom nie mogą być wykorzystane bezpośrednio w medycynie regeneracyjnej. Bioaktywne mikrofragmenty (ang. microvesicles - MVs) pozyskane z tych komórek zdają się być dobrą alternatywą dla całych komórek – dzięki przenoszonemu materiałowi genetycznemu mogą wpływać m.in. na ekspresję genów oraz modulować funkcje w komórkach akceptorowych. Komórki iPS uzyskane w naszym laboratorium zostały zbadane na obecność markerów pluripotencji, a następnie różnicowane spontanicznie i kierunkowo, aby potwierdzić ich pluripotencję. Mikrofragmenty pozyskane z medium kondycjonowanego z tych komórek (iPS-MVs) z wykorzystaniem techniki ultrawirowania posiadały analogiczne markery powierzchniowe i genetyczne, jak komórki rodzicielskie. Wpływ transferu mikrofragmentów na komórki mezenchymalne serca zbadano stosując metody genetyki molekularnej. MVs powodowały zmianę w ekspresji genów odpowiedzialnych za kardiomiogenezę i pluripotencję w komórkach mezenchymalnych serca w stosunku do komórek nietraktowanych. Wyniki te są obiecujące w kontekście potencjalnego wykorzystania iPS MVs w regeneracji mięśnia sercowego. Zanim do tego dojdzie, konieczne są jednak dalsze badania, które będą kontynuacją niniejszej pracy.Miocardial infarction is one of the main causes of death in humans. It is caused by the closure of one of the coronary arteries blocking the oxygen supply. Due to ischemia all following events including cardiac muscle necrosis, functional heart cells (cardiomiocytes) death, and scar formation by fibroblasts are observed. All these factors may lead to irreversible damage to the cardiac muscle and impairment of its function, which results in heart failure and decreased quality of life. Although, several pharmacological approaches have been developed, medicine is helpless in preventing damage to the heart following ischemic events.Induced pluripotent stem cells (iPS), are one of the greatest discoveries of our time in the field of cell biology. At first, they were thought to be the optimal tool for regenerative medicine, though due to high risk of the development of teratomas, they cannot be directly used in regenerative medicine. Bioactive microvesicles (MVs) derived from these cells (iPS-MVs), seem to be a good alternative. Thanks to genetic material they carry MVs can influence gene expression and function of the acceptor cells. iPS cells obtained in our laboratory were tested on pluripotency markers, and subsequently differentiated spontaneously and directly. iPS-MVs obtained from conditioned medium by means of ultracentrifugation, had similar set of surface markers as parent iPS cells. Influence of MVs transfer to cardiac mesenchymal cells was assessed using methods of molecular genetics. Microvesicles caused change in expression of genes responsible for cardiomyogenesis and pluripotency of heart mesenchymal cells, compared to non treated controls. These results are promising in regard to iPS MVs use in cardiac muscle regeneration – more studies are still needed

The role of reward system in foood intake

The reward system serves as our endogenous source of motivation, rewarding us for the effort made to maintain homeostasis. Nevertheless, even the most precise mechanism can become potentially dangerous, if it becomes unstable.In the present thesis, author focused on rewarding properties of food, and gathered information about physiological and pathological role of opioid peptides in food intake. Additionally, in the first part of this thesis, the most important questions regarding its topic, have been laid out and discussed. As a summary, a model of obesity being the result of food addiction was proposed.Układ nagrody pełni rolę naszego endogennego źródła motywacji, nagradzając nas za wysiłek włożony w utrzymanie homeostazy organizmu. Jednak nawet najbardziej precyzyjny mechanizm może stać się potencjalnie niebezpieczny, jeśli ulegnie rozregulowaniu. W niniejszej pracy autorka skupiła się na nagradzających właściwościach pokarmu oraz zebrała informacje o fizjologicznej i patologicznej roli opioidów w jego pobieraniu. Dodatkowo w pierwszej części pracy przedstawione i omówione zostały najważniejsze zagadnienia związane z tematem. Jako podsumowanie zaproponowano model otyłości będącej skutkiem uzależnienia od jedzenia

How imipramine withdrawal may act on biochemical changes in central nervous system in animal model of major depressive disorder.

Choroba afektywna jednobiegunowa, czyli depresja stanowi jedną z głównych przyczyn niepełnosprawności we współczesnym społeczeństwie. Mimo wieloletnich badań przyczyny powstawania tej choroby są nie do końca poznane. Podobnie jest z leczeniem, dysponujemy pewnymi terapiami, jednak nie są one całkowicie skuteczne. Jednym z układów zaburzonych w depresji jest układ dopaminergiczny. Za jego rolą w patomechanizmie depresji przemawia szereg czynników, jak na przykład fakt, że jeden z głównych objawów depresji – anhedonia – wynika z zaburzenia tego układu. Drugim z czynników są objawy gwałtownego odstawienia leków przeciwdepresyjnych, które wywołuje efekty zbliżone do tych występujących po odstawieniu psychostymulantów. W niniejszej pracy zbadano wpływ odstawienia leków przeciwdepresyjnych, oraz stresu na zmiany biochemiczne w mózgu szczurów poddanych procedurze chronicznego łagodnego stresu. Wykazano, że zmiany w ekspresji i ilości receptorów są znaczące w grupie stresowanej – stężenie receptorów D1 wzrastało, a D2 malało. Odwrotne zmiany zaobserwowano w ekspresji genów. Zbadano również poziom czynnika wzrostowego BDNF i jego receptora Trkβ. Zaobserwowane zmiany wykazały wzrost ekspresji czynnika a spadek receptora na trzy dni po odstawieniu stresu. Leki przeciwdepresyjne częściowo odwracały te efekty. Zmiany biochemiczne obserwowane w mózgu 3 dni po odstawieniu są znaczące i mogą świadczyć o dużym zaangażowaniu badanych szlaków w patomechanizm depresji.Depression is one of the primary disability reasons in modern society. Despite years of research, mechanisms underlying this disease are not well understood. Furthermore – current therapies used in the treatment of depression, are far from successful. Dopaminergic system seems to be greatly compromised in depression – this can be evidenced by the fact, that anhedonia (one of depression’s primary symptoms) is connected with dopaminergic system. Behavioral changes - similar to those seen after ceasing the administration of psychostimulants - observed after antidepressant drugs withdrawal, may also attest to this fact. This thesis focuses on the impact of stress, as well as antidepressant drug withdrawal on biochemical changes observed in rats exposed to chronic mild stress (CMS) procedure. We’ve shown significant changes in expression of different genes and receptors in stressed animals – concentration of D1 dopaminergic receptors was lowered, while D2 was higher, as compared to control. We observed opposite changes in gene expression. Levels of BDNF and Trkβ was also measured – we’ve shown upregulation of the former, and decrease of the latter three days after the end of CMS procedure. Antidepressant drugs reversed these effects, at least to some extent. These changes may prove the involvement of examined pathways