Identification of cells producing granulocyte colony-stimulating factor (G-CSF) in response to cobalt protoporphyrin IX (CoPP)

Hematopoeza polega na wytworzeniu różnorodnych linii komórkowych krwi, w tym erytrocytów, leukocytów oraz płytek krwi z krwiotwórczych komórek macierzystych znajdujących się w szpiku kostnym. Mobilizacja jest procesem, który prowadzi do zwiększonej hematopoezy oraz uwalniania komórek układu krwionośnego z szpiku kostnego do krwi obwodowej. Kontrolowana jest przez szereg cytokin, przy czym kluczową rolę odgrywa czynnik stymulujący tworzenie kolonii granulocytów (G-CSF). Z tego względu rekombinowany ludzki G-CSF jest powszechnie stosowany w hematologii klinicznej do izolacji krwiotwórczych komórek macierzystych, a następnie ich przeszczepienia w celu leczenia pacjentów ze schorzeniami hematologicznymi. Niemniej jednak, nie u wszystkich pacjentów farmakologiczna mobilizacja jest wystarczająco skuteczna, dlatego niezbędne są badania nad opracowaniem nowych strategii mobilizacji. Wykazano, że w osoczu myszy protoporfiryna IX kobaltu (CoPP) podnosi stężenie endogennego G-CSF oraz kilku innych cytokin związanych z mobilizacją. Ponadto, zaobserwowano, że indukcja G-CSF za pomocą CoPP prowadzi do uwolnienia komórek z szpiku kostnego do krwi. Celem pracy była identyfikacja populacji komórek produkujących G-CSF w odpowiedzi na działanie CoPP. Wykonano analizy ekspresji genu kodującego białko G-CSF oraz genów chemokin mobilizujących CXCL1 i CXCL2, których stężenie w osoczu również rośnie w odpowiedzi na CoPP. Stwierdzono, iż w osoczu myszy wzrost produkcji G-CSF, CXCL1 oraz CXCL2 następuje po 6 h od zastosowania CoPP. Ponadto, po tym samym czasie zauważono również wzrost liczby dojrzałych granulocytów we krwi obwodowej myszy mobilizowanej CoPP. W kolejnym etapie badano ekspresję cytokin w narządach myszy po różnych czasach od stymulacji CoPP, jednak w żadnym z narządów nie stwierdzono zwiększenia poziomu transkryptów dla G-CSF. W celu znalezienia odpowiedniego modelu in vitro do optymalizacji badań nad molekularnymi mechanizmami mobilizacji indukowanej CoPP, przeprowadzono badania nad stymulacją hodowli komórek hematopoetycznych, stromalnych i śródbłonkowych, wyizolowanych ze szpiku kostnego, za pomocą protoporfiryny IX kobaltu. W modelu zaobserwowano zwiększenie liczby komórek o fenotypie dojrzałych granulocytów (SSChiLy6Ghi). Uzyskane wyniki sugerują potencjalne zastosowanie tego modelu do dalszych badań nad precyzyjnymi mechanizmami molekularnymi regulującymi ekspresję G-CSF po indukcji CoPP. Natomiast pozostałe wyniki uzyskane na liniach komórkowych dostępnych komercyjnie nie wykazały istotnego wzrostu produkcji G-CSF w odpowiedzi na CoPP. Te wyniki sugerują konieczność dalszych badań nad mechanizmami mobilizacji indukowanymi CoPP oraz potrzebę optymalizacji strategii mobilizacji u myszy. Takie podejście może przyczynić się do przyszłego wykorzystania tej substancji w celach terapeutycznych.

Hematopoiesis involves the generation of various blood cell lineages, including erythrocytes, leukocytes, and platelets, from hematopoietic stem cells residing in the bone marrow. Mobilization is a process leading to increased hematopoiesis and the release of blood cells from the bone marrow into the peripheral blood circulation. It is regulated by a series of cytokines, with granulocyte colony-stimulating factor (G-CSF) playing a pivotal role. Hence, recombinant human G-CSF is widely used in clinical hematology for isolating hematopoietic stem cells and subsequently transplanting them to treat patients with hematologic disorders. However, pharmacological mobilization is not sufficiently effective in all patients, necessitating research into the development of new mobilization strategies.It has been shown that cobalt protoporphyrin IX (CoPP) elevates the levels of endogenous G-CSF and several other mobilization-related cytokines in mouse plasma. Moreover, induction of G-CSF by CoPP leads to the release of cells from the bone marrow into the blood. The aim of this study was to identify the population of cells producing G-CSF in response to CoPP. Expression analyses of the gene encoding G-CSF protein and the chemokine genes CXCL1 and CXCL2, which were also elevated in mouse plasma following CoPP treatment. It was observed that in mouse plasma, the production of G-CSF, CXCL1, and CXCL2 increased 6 hours after CoPP administration. Additionally, at the same time point, an increase in the number of mature granulocytes was observed in the peripheral blood of CoPP-treated mice. In the subsequent stage, cytokine expression in mouse organs at various time points after CoPP stimulation was examined; however, no increase in transcript levels for G-CSF was observed in any of the organs. In order to find a suitable in vitro model for optimizing studies on the molecular mechanisms of CoPP-induced mobilization, stimulation of hematopoietic, stromal, and endothelial cell cultures isolated from bone marrow with cobalt protoporphyrin IX was investigated. An increase in the number of cells with a mature granulocyte phenotype (SSChiLy6Ghi) was observed in the model. The results suggest the potential use of this model for further studies on the precise molecular mechanisms regulating G-CSF expression following CoPP induction. However, the remaining results obtained from commercially available cell lines did not show a significant increase in G-CSF production in response to CoPP. These findings suggest the need for further research into CoPP-induced mobilization mechanisms and the necessity for optimizing mobilization strategies in mice. Such an approach may contribute to the future therapeutic use of this substance.