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Differentiation of human bone marrow mesenchymal stem cells induced by biaxial tension involves Smad3 activation

Bensoussan D.  Stoltz J.F.  de Isla N  
【摘要】:正Introduction:Transforming growth factor-β(TGFβ) family members play important roles in directing fate decisions for mesenchymal stem cells(MSCs).TGFβcan provide competence for early stages of chondroblastic and osteoblastic differentiation,while it inhibits myogenesis,adipogenesis,and late-stage of osteoblast differentiation.Moreover,there is mounting evidence that mechanical factors can significantly influence the process of development and may play critical roles in controlling stem cells fate and lineage determination.Even if mechanical loading has been shown to be important in MSCs differentiation,mechanisms by which mechanotransduction occurs remain largely elusive.Aim:To analyze the mechanism implicated on MSCs differentiation induced by Cyclic Tensil Strain(CTS),mainly the role of TGFβsignaling pathway and Smad3,a key protein on MSCs differentiation.Materials and Methods:Human MSCs cultured on collagen-coated silicon sheets were submitted to cyclic tensile strain(CTS,0.5 Hz,5%biaxial tension) for 10,30,60 and 180 min.Cells were also exposed to TGF-β1 as a control.After that,gene expression(Sox9,Runx2,PPARy) was analyzed by RT-PCR, intracellular protein expression(Smad3,cytoskeleton) was analyzed by western-blot and observed by using confocal microscopy.Results:TGF-β1 induced MSCs differentiation towards the chondrogenic and osteogenic lineage as shown by a increasing of Sox9 and Runx2.At the same time,Smad3 phosphorylation(Smad3p) was increased after 30 and 60 min of tension while a nuclear localization of this protein was observed.Results showed that CTS, as well as TGF-β1,induces MSCs differentiation toward the chondrogenic and osteogenic lineage as shown by Sox9 and Runx2,where a decrease on PPARγwas observed.Moreover,CTS induced Smad3 phosphorylation and nuclear localization.This effect was maximal after 30 min of stimulation.Conclusion:We conclude that CTS could induce MSCs differentiation by the activation of endogenous TGF-βsignaling pathway.

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