2P-FLIM unveils time-dependent metabolic shifts during osteogenic differentiation with a key role of lactate to fuel osteogenesis via glutaminolysis identified
Notice bibliographique
Résumé
BACKGROUND: Human mesenchymal stem cells (hMSCs) utilize discrete biosynthetic pathways to self-renew and differentiate into specific cell lineages, with undifferentiated hMSCs harbouring reliance on glycolysis and hMSCs differentiating towards an osteogenic phenotype relying on oxidative phosphorylation as an energy source. METHODS: In this study, the osteogenic differentiation of hMSCs was assessed and classified over 14 days using a non-invasive live-cell imaging modality-two-photon fluorescence lifetime imaging microscopy (2P-FLIM). This technique images and measures NADH fluorescence from which cellular metabolism is inferred. RESULTS: During osteogenesis, we observe a higher dependence on oxidative phosphorylation (OxPhos) for cellular energy, concomitant with an increased reliance on anabolic pathways. Guided by these non-invasive observations, we validated this metabolic profile using qPCR and extracellular metabolite analysis and observed a higher reliance on glutaminolysis in the earlier time points of osteogenic differentiation. Based on the results obtained, we sought to promote glutaminolysis further by using lactate, to improve the osteogenic potential of hMSCs. Higher levels of mineral deposition and osteogenic gene expression were achieved when treating hMSCs with lactate, in addition to an upregulation of lactate metabolism and transmembrane cellular lactate transporters. To further clarify the interplay between glutaminolysis and lactate metabolism in osteogenic differentiation, we blocked these pathways using BPTES and α-CHC respectively. A reduction in mineralization was found after treatment with BPTES and α-CHC, demonstrating the reliance of hMSC osteogenesis on glutaminolysis and lactate metabolism. CONCLUSION: In summary, we demonstrate that the osteogenic differentiation of hMSCs has a temporal metabolic profile and shift that is observed as early as day 3 of cell culture using 2P-FLIM. Furthermore, extracellular lactate is shown as an essential metabolite and metabolic fuel to ensure efficient osteogenic differentiation and as a signalling molecule to promote glutaminolysis. These findings have significant impact in the use of 2P-FLIM to discover potent approaches towards bone tissue engineering in vitro and in vivo by engaging directly with metabolite-driven osteogenesis.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
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Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
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score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».