Matrix metalloproteinase-3 (stromelysin-1) of tonsil-derived mesenchymal stem cell enhances engraftment after bone marrow transplantation

Abstract

Co-transplantation of bone marrow cells (BMCs) and mesenchymal stem cells (MSCs) is one of the strategies to enhance the outcomes of bone marrow transplantation (BMT). Tonsil-derived mesenchymal stem cells (TMSCs) are a promising source of co-transplantation. Previous studies have suggested that TMSCs or conditioned media (CMs) of TMSC enhance bone marrow engraftment. However, the factors of TMSCs on efficient engraftment have not been investigated. In the present study, I investigated the modulating effect of TMSCs on bone marrow extracellular matrix (ECM) and the factors of TMSCs that affect the BMC engraftment. The type IV collagen (Col IV) expression of bone marrow medullary cavity was increased by the myeloablative regimen of busulfan and cyclophosphamide. TMSC-CM showed higher collagenase activity against Col IV than CMs of bone marrow-derived MSCs or adipose tissue-derived MSCs and accelerated the migration of BMCs by degrading Col IV in vitro. TMSCs secreted various ECM modulating proteins, and among them, matrix metalloproteinases 3 (MMP3) expression level was higher than the other MSCs. Co-transplanted TMSCs showed higher survival rate and weight recovery, while MMP3-knockdown TMSCs did not show these effects in vivo. Collectively, these results indicate that TMSCs have a potential to modulate bone marrow ECM and enhance the bone marrow engraftment by secreting MMP3.;조혈모세포와 중간엽 줄기세포를 동시에 이식하는 것은 골수 이식의 성공율을 높이기 위한 전략이다. 편도 유래 중간엽 줄기세포 (TMSC)는 동시 이식에 사용할 새로운 중간엽 줄기세포로서의 가능성이 제시된 바 있다. 이전 연구에서 골수세포와 함께 이식된 TMSC는 골수의 착생을 증진시키고, 골수이식의 부작용인 조직편대숙주 반응을 완화시켜 골수 이식의 성공율을 높인다는 것이 밝혀졌다. 그러나 아직 그 원인에 대한 연구는 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 부설판과 사이클로포스파마이드를 이용한 전처치가 골수 내 세포외기질 변화시키는 지 확인하고, TMSC가 골수세포의 이동을 돕는지 확인하고, TMSC 중에서 골수세포의 착생을 향상시키는 데 기여하는 인자에 대하여 알아보았다. 전처치한 마우스 골수강 내 세포외기질에서 콜라겐 4가 증가되어 있었고, in vitro 실험에서 TMSC의 분비단백은 콜라겐 4를 분해하여 골수세포의 이동을 촉진하였다. TMSC의 분비 단백을 분석한 결과, 다른 유래 줄기세포에 비하여 콜라겐 4를 분해하는 MMP3의 발현이 높았으므로 TMSC의 MMP3가 골수세포 착생에 영향을 미치는 지 동물실험을 통해 확인하였다. siRNA를 이용하여 MMP3의 발현을 억제한 TMSC가 이식된 마우스는 정상적인 TMSC가 이식된 마우스에 비하여 생존율과 체중회복율이 낮았고, 골수의 세포충실도도 낮았다. 즉, TMSC가 분비하는 MMP3이 골수세포의 착생을 촉진하였다. 따라서 본 연구는 TMSC가 골수세포의 착생을 촉진하여 골수 이식의 성공율을 높임을 재확인하고, 그 기전에 MMP3가 작용함을 발견하였음에 의의가 있다.