Evaluation of neutrophil granule protein expression during granulopoiesis

Induced pluripotent stem cells (iPSCs) are created by reprogramming somatic cells to the pluripotent stage, which allows them to differentiate in vitro into tissues derived from all three germ leaves. They are now widely used to develop disease models, study the signaling pathways responsible for diseases, or develop new therapeutics. One such disease is severe genetic congenital neutropenia, which is manifested by a reduced number of neutrophils in the peripheral blood. The mechanisms responsible for the development of symptoms are not fully understood, therefore the iPSC-based model is widely used in neutropenia research. The aim of this study was to characterize a model of iPSC lineage differentiation towards neutrophils, based on evaluation of the expression of proteins found in the granules of mature cells. The differentiating cells were also examined for immunophenotype and subjected to microscopic analysis. The results indicated the presence of granule proteins, and the immunophenotype of the cells in the last days of differentiation was consistent with mature neutrophils. Microscopic analysis of the slides from the last day of culture showed the presence of myeloid cells at different stages of development. These results indicate the usefulness of the iPSC line in studies on proteins found in neutrophil granules, their deficiencies and functions. Such experiments may provide new data on the process of neutrophil differentiation as well as the pathogenesis of diseases associated with abnormal granulopoiesis.

Indukowane pluripotencjalne komórki macierzyste (iPSC) powstają poprzez reprogramowanie komórek somatycznych do stadium pluripotencji, co umożliwia ich różnicowanie w warunkach in vitro w tkanki pochodzące ze wszystkich trzech listków zarodkowych. Są one obecnie szeroko wykorzystywane m. in. w celu opracowywania modeli chorób, badania ścieżek sygnałowych odpowiedzialnych za powstawanie schorzeń, czy też opracowywania nowych terapii. Jedną z takich chorób jest ciężka wrodzona neutropenia warunkowana genetycznie, która objawia się zmniejszoną liczbą neutrofili we krwi obwodowej. Mechanizmy odpowiedzialne za powstawanie objawów nie są w pełni znane, dlatego model oparty na iPSC jest szeroko wykorzystywany w badaniach nad neutropenią. Celem pracy było scharakteryzowanie modelu różnicowania linii iPSC w kierunku neutrofili, na podstawie oceny ekspresji białek znajdujących się w ziarnistościach dojrzałych komórek. Różnicujące komórki zbadano również pod względem immunofenotypu, jak i poddano analizie mikroskopowej. Wyniki wskazały na obecność białek ziarnistości, a immunofenotyp komórek w ostatnich dniach różnicowania odpowiadał dojrzałym neutrofilom. Analiza mikroskopowa preparatów pochodzących z ostatniego dnia hodowli wykazała obecność komórek linii mieloidalnej na różnych etapach rozwoju. Uzyskane wyniki wskazują na użyteczność linii iPSC w badaniach dotyczących białek znajdujących się w ziarnistościach neutrofili, ich niedoborów oraz funkcji. Takie eksperymenty mogą dostarczyć nowych danych dotyczących procesu różnicowania neutrofili, jak również patogenezy chorób związanych z nieprawidłowym przebiegiem granulopoezy.