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Desjardins P, Berthiaume R, Couture C, Le-Bel G, Roy V, Gros-Louis F, Moulin VJ, Proulx S, Chemtob S, Germain L, Guérin SL. Impact of Exosomes Released by Different Corneal Cell Types on the Wound Healing Properties of Human Corneal Epithelial Cells. Int J Mol Sci 2022; 23:12201. [PMID: 36293057 PMCID: PMC9602716 DOI: 10.3390/ijms232012201] [Citation(s) in RCA: 6] [Impact Index Per Article: 3.0] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Key Words] [MESH Headings] [Grants] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 09/21/2022] [Revised: 10/05/2022] [Accepted: 10/06/2022] [Indexed: 09/26/2023] Open
Abstract
Corneal wound healing involves communication between the different cell types that constitute the three cellular layers of the cornea (epithelium, stroma and endothelium), a process ensured in part by a category of extracellular vesicles called exosomes. In the present study, we isolated exosomes released by primary cultured human corneal epithelial cells (hCECs), corneal fibroblasts (hCFs) and corneal endothelial cells (hCEnCs) and determined whether they have wound healing characteristics of their own and to which point they modify the genetic and proteomic pattern of these cell types. Exosomes released by all three cell types significantly accelerated wound closure of scratch-wounded hCECs in vitro compared to controls (without exosomes). Profiling of activated kinases revealed that exosomes from human corneal cells caused the activation of signal transduction mediators that belong to the HSP27, STAT, β-catenin, GSK-3β and p38 pathways. Most of all, data from gene profiling analyses indicated that exosomes, irrespective of their cellular origin, alter a restricted subset of genes that are completely different between each targeted cell type (hCECs, hCFS, hCEnCs). Analysis of the genes specifically differentially regulated for a given cell-type in the microarray data using the Ingenuity Pathway Analysis (IPA) software revealed that the mean gene expression profile of hCECs cultured in the presence of exosomes would likely promote cell proliferation and migration whereas it would reduce differentiation when compared to control cells. Collectively, our findings represent a conceptual advance in understanding the mechanisms of corneal wound repair that may ultimately open new avenues for the development of novel therapeutic approaches to improve closure of corneal wounds.
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Affiliation(s)
- Pascale Desjardins
- Regenerative Medicine Division of the Centre de Recherche du CHU de Québec, Université Laval, Québec, QC G1J 1Z4, Canada
- Centre Universitaire d’Ophtalmologie (CUO)-Recherche, Hôpital du Saint-Sacrement, 1050 Chemin Ste-Foy, Québec, QC G1J 1Z4, Canada
- Centre de Recherche en Organogénèse Expérimentale de l’Université Laval/LOEX, Hôpital Enfant-Jésus, 1401 18e Rue, Québec, QC G1V 0A6, Canada
- Département d’Ophtalmologie, Faculté de Médecine, Université Laval, Québec, QC G1V 0A6, Canada
- Département de Chirurgie, Faculté de Médecine, Université Laval, Québec, QC G1V 0A6, Canada
| | - Rébecca Berthiaume
- Regenerative Medicine Division of the Centre de Recherche du CHU de Québec, Université Laval, Québec, QC G1J 1Z4, Canada
- Centre Universitaire d’Ophtalmologie (CUO)-Recherche, Hôpital du Saint-Sacrement, 1050 Chemin Ste-Foy, Québec, QC G1J 1Z4, Canada
- Centre de Recherche en Organogénèse Expérimentale de l’Université Laval/LOEX, Hôpital Enfant-Jésus, 1401 18e Rue, Québec, QC G1V 0A6, Canada
- Département d’Ophtalmologie, Faculté de Médecine, Université Laval, Québec, QC G1V 0A6, Canada
| | - Camille Couture
- Regenerative Medicine Division of the Centre de Recherche du CHU de Québec, Université Laval, Québec, QC G1J 1Z4, Canada
- Centre Universitaire d’Ophtalmologie (CUO)-Recherche, Hôpital du Saint-Sacrement, 1050 Chemin Ste-Foy, Québec, QC G1J 1Z4, Canada
- Centre de Recherche en Organogénèse Expérimentale de l’Université Laval/LOEX, Hôpital Enfant-Jésus, 1401 18e Rue, Québec, QC G1V 0A6, Canada
- Département d’Ophtalmologie, Faculté de Médecine, Université Laval, Québec, QC G1V 0A6, Canada
- Département de Chirurgie, Faculté de Médecine, Université Laval, Québec, QC G1V 0A6, Canada
| | - Gaëtan Le-Bel
- Regenerative Medicine Division of the Centre de Recherche du CHU de Québec, Université Laval, Québec, QC G1J 1Z4, Canada
- Centre Universitaire d’Ophtalmologie (CUO)-Recherche, Hôpital du Saint-Sacrement, 1050 Chemin Ste-Foy, Québec, QC G1J 1Z4, Canada
- Centre de Recherche en Organogénèse Expérimentale de l’Université Laval/LOEX, Hôpital Enfant-Jésus, 1401 18e Rue, Québec, QC G1V 0A6, Canada
- Département d’Ophtalmologie, Faculté de Médecine, Université Laval, Québec, QC G1V 0A6, Canada
- Département de Chirurgie, Faculté de Médecine, Université Laval, Québec, QC G1V 0A6, Canada
| | - Vincent Roy
- Regenerative Medicine Division of the Centre de Recherche du CHU de Québec, Université Laval, Québec, QC G1J 1Z4, Canada
- Centre de Recherche en Organogénèse Expérimentale de l’Université Laval/LOEX, Hôpital Enfant-Jésus, 1401 18e Rue, Québec, QC G1V 0A6, Canada
- Département de Chirurgie, Faculté de Médecine, Université Laval, Québec, QC G1V 0A6, Canada
| | - François Gros-Louis
- Regenerative Medicine Division of the Centre de Recherche du CHU de Québec, Université Laval, Québec, QC G1J 1Z4, Canada
- Centre de Recherche en Organogénèse Expérimentale de l’Université Laval/LOEX, Hôpital Enfant-Jésus, 1401 18e Rue, Québec, QC G1V 0A6, Canada
- Département de Chirurgie, Faculté de Médecine, Université Laval, Québec, QC G1V 0A6, Canada
| | - Véronique J. Moulin
- Regenerative Medicine Division of the Centre de Recherche du CHU de Québec, Université Laval, Québec, QC G1J 1Z4, Canada
- Centre de Recherche en Organogénèse Expérimentale de l’Université Laval/LOEX, Hôpital Enfant-Jésus, 1401 18e Rue, Québec, QC G1V 0A6, Canada
- Département de Chirurgie, Faculté de Médecine, Université Laval, Québec, QC G1V 0A6, Canada
| | - Stéphanie Proulx
- Regenerative Medicine Division of the Centre de Recherche du CHU de Québec, Université Laval, Québec, QC G1J 1Z4, Canada
- Centre Universitaire d’Ophtalmologie (CUO)-Recherche, Hôpital du Saint-Sacrement, 1050 Chemin Ste-Foy, Québec, QC G1J 1Z4, Canada
- Centre de Recherche en Organogénèse Expérimentale de l’Université Laval/LOEX, Hôpital Enfant-Jésus, 1401 18e Rue, Québec, QC G1V 0A6, Canada
- Département d’Ophtalmologie, Faculté de Médecine, Université Laval, Québec, QC G1V 0A6, Canada
| | - Sylvain Chemtob
- Département d’Ophtalmologie, Faculté de Médecine, Université de Montréal, Montréal, QC H3T 1J4, Canada
| | - Lucie Germain
- Regenerative Medicine Division of the Centre de Recherche du CHU de Québec, Université Laval, Québec, QC G1J 1Z4, Canada
- Centre de Recherche en Organogénèse Expérimentale de l’Université Laval/LOEX, Hôpital Enfant-Jésus, 1401 18e Rue, Québec, QC G1V 0A6, Canada
- Département de Chirurgie, Faculté de Médecine, Université Laval, Québec, QC G1V 0A6, Canada
| | - Sylvain L. Guérin
- Regenerative Medicine Division of the Centre de Recherche du CHU de Québec, Université Laval, Québec, QC G1J 1Z4, Canada
- Centre Universitaire d’Ophtalmologie (CUO)-Recherche, Hôpital du Saint-Sacrement, 1050 Chemin Ste-Foy, Québec, QC G1J 1Z4, Canada
- Centre de Recherche en Organogénèse Expérimentale de l’Université Laval/LOEX, Hôpital Enfant-Jésus, 1401 18e Rue, Québec, QC G1V 0A6, Canada
- Département d’Ophtalmologie, Faculté de Médecine, Université Laval, Québec, QC G1V 0A6, Canada
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Le-Bel G, Desjardins P, Gross C, Cortez Ghio S, Couture C, Germain L, Guérin SL. Influence of the Postmortem/Storage Time of Human Corneas on the Properties of Cultured Limbal Epithelial Cells. Cells 2022; 11:cells11172716. [PMID: 36078126 PMCID: PMC9455001 DOI: 10.3390/cells11172716] [Citation(s) in RCA: 1] [Impact Index Per Article: 0.5] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [MESH Headings] [Grants] [Track Full Text] [Download PDF] [Figures] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 06/01/2022] [Revised: 08/25/2022] [Accepted: 08/26/2022] [Indexed: 11/25/2022] Open
Abstract
Besides being a powerful model to study the mechanisms of corneal wound healing, tissue-engineered human corneas (hTECs) are sparking interest as suitable substitutes for grafting purposes. To ensure the histological and physiological integrity of hTECs, the primary cultures generated from human cornea (identified as human limbal epithelial cells (hLECs) that are used to produce them must be of the highest possible quality. The goal of the present study consisted in evaluating the impact of the postmortem/storage time (PM/ST) on their properties in culture. hLECs were isolated from the entire cornea comprising the limbus and central cornea. When grown as monolayers, short PM/ST hLECs displayed increased daily doublings and generated more colonies per seeded cells than long PM/ST hLECs. Moreover, hLECs with a short PM/ST exhibited a markedly faster wound closure kinetic both in scratch wound assays and hTECs. Collectively, these results suggest that short PM/ST hLECs have a greater number of highly proliferative stem cells, exhibit a faster and more efficient wound healing response in vitro, and produce hTECs of a higher quality, making them the best candidates to produce biomaterial substitutes for clinical studies.
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Affiliation(s)
- Gaëtan Le-Bel
- Centre de Recherche en Organogénèse Expérimentale de l’Université Laval/LOEX, and Centre de Recherche du CHU de Québec-Université Laval, Axe Médecine Régénératrice, Québec, QC G1J 1Z4, Canada
- Centre Universitaire d’Ophtalmologie (CUO)-Recherche, Centre de Recherche du CHU de Québec-Université Laval, Axe Médecine Régénératrice, Québec, QC G1S 4L8, Canada
- Département de Chirurgie, Faculté de Médecine, Université Laval, Québec, QC G1V 0A6, Canada
- Département d’Ophtalmologie, Faculté de Médecine, Université Laval, Québec, QC G1V 0A6, Canada
| | - Pascale Desjardins
- Centre de Recherche en Organogénèse Expérimentale de l’Université Laval/LOEX, and Centre de Recherche du CHU de Québec-Université Laval, Axe Médecine Régénératrice, Québec, QC G1J 1Z4, Canada
- Centre Universitaire d’Ophtalmologie (CUO)-Recherche, Centre de Recherche du CHU de Québec-Université Laval, Axe Médecine Régénératrice, Québec, QC G1S 4L8, Canada
- Département de Chirurgie, Faculté de Médecine, Université Laval, Québec, QC G1V 0A6, Canada
- Département d’Ophtalmologie, Faculté de Médecine, Université Laval, Québec, QC G1V 0A6, Canada
| | - Christelle Gross
- Centre Universitaire d’Ophtalmologie (CUO)-Recherche, Centre de Recherche du CHU de Québec-Université Laval, Axe Médecine Régénératrice, Québec, QC G1S 4L8, Canada
- Département d’Ophtalmologie, Faculté de Médecine, Université Laval, Québec, QC G1V 0A6, Canada
| | - Sergio Cortez Ghio
- Centre de Recherche en Organogénèse Expérimentale de l’Université Laval/LOEX, and Centre de Recherche du CHU de Québec-Université Laval, Axe Médecine Régénératrice, Québec, QC G1J 1Z4, Canada
- Département de Chirurgie, Faculté de Médecine, Université Laval, Québec, QC G1V 0A6, Canada
| | - Camille Couture
- Centre de Recherche en Organogénèse Expérimentale de l’Université Laval/LOEX, and Centre de Recherche du CHU de Québec-Université Laval, Axe Médecine Régénératrice, Québec, QC G1J 1Z4, Canada
- Centre Universitaire d’Ophtalmologie (CUO)-Recherche, Centre de Recherche du CHU de Québec-Université Laval, Axe Médecine Régénératrice, Québec, QC G1S 4L8, Canada
- Département de Chirurgie, Faculté de Médecine, Université Laval, Québec, QC G1V 0A6, Canada
- Département d’Ophtalmologie, Faculté de Médecine, Université Laval, Québec, QC G1V 0A6, Canada
| | - Lucie Germain
- Centre de Recherche en Organogénèse Expérimentale de l’Université Laval/LOEX, and Centre de Recherche du CHU de Québec-Université Laval, Axe Médecine Régénératrice, Québec, QC G1J 1Z4, Canada
- Centre Universitaire d’Ophtalmologie (CUO)-Recherche, Centre de Recherche du CHU de Québec-Université Laval, Axe Médecine Régénératrice, Québec, QC G1S 4L8, Canada
- Département de Chirurgie, Faculté de Médecine, Université Laval, Québec, QC G1V 0A6, Canada
- Département d’Ophtalmologie, Faculté de Médecine, Université Laval, Québec, QC G1V 0A6, Canada
| | - Sylvain L. Guérin
- Centre de Recherche en Organogénèse Expérimentale de l’Université Laval/LOEX, and Centre de Recherche du CHU de Québec-Université Laval, Axe Médecine Régénératrice, Québec, QC G1J 1Z4, Canada
- Centre Universitaire d’Ophtalmologie (CUO)-Recherche, Centre de Recherche du CHU de Québec-Université Laval, Axe Médecine Régénératrice, Québec, QC G1S 4L8, Canada
- Département d’Ophtalmologie, Faculté de Médecine, Université Laval, Québec, QC G1V 0A6, Canada
- Correspondence: ; Tel.: +1-418-682-7565
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Le-Bel G, Cortez Ghio S, Guérin LP, Bisson F, Germain L, Guérin SL. Irradiated Human Fibroblasts as a Substitute Feeder Layer to Irradiated Mouse 3T3 for the Culture of Human Corneal Epithelial Cells: Impact on the Stability of the Transcription Factors Sp1 and NFI. Int J Mol Sci 2019; 20:ijms20246296. [PMID: 31847118 PMCID: PMC6940969 DOI: 10.3390/ijms20246296] [Citation(s) in RCA: 3] [Impact Index Per Article: 0.6] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Key Words] [MESH Headings] [Grants] [Track Full Text] [Download PDF] [Figures] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 10/18/2019] [Revised: 12/03/2019] [Accepted: 12/09/2019] [Indexed: 12/26/2022] Open
Abstract
Because of the worldwide shortage of graftable corneas, alternatives to restore visual impairments, such as the production of a functional human cornea by tissue engineering, have emerged. Self-renewal of the corneal epithelium through the maintenance of a sub-population of corneal stem cells is required to maintain the functionality of such a reconstructed cornea. We previously reported an association between stem cell differentiation and the level to which they express the transcription factors Sp1 and NFI. In this study, we investigated the impact of replacing irradiated 3T3 (i3T3) murine fibroblast feeder cells by irradiated human corneal fibroblasts (iHFL) on the expression of Sp1 and NFI and evaluated their contribution to the proliferative properties of human corneal epithelial cells (hCECs) in both monolayer cultures and human tissue engineered corneas (hTECs). hCECs co-cultured with iHFL could be maintained for up to two more passages than when they were grown with i3T3. Western Blot and electrophoretic mobility shift assays (EMSAs) revealed no significant difference in the feeder-layer dependent increase in Sp1 at both the protein and DNA binding level, respectively, between HCECs grown with either i3T3 or iHFL. On the other hand, a significant increase in the expression and DNA binding of NFI was observed at each subsequent passage when hCECs were co-cultured along with i3T3. These changes were found to result from an increased expression of the NFIA and NFIB isoforms in hCECs grown with i3T3. Exposure of hCECs to cycloheximide revealed an increased stability of NFIB that likely resulted from post-translational glycosylation of this protein when these cells were co-cultured with i3T3. In addition, iHFL were as efficient as i3T3 at preserving corneal, slow-cycling, epithelial stem cells in the basal epithelium of the reconstructed hTECs. Furthermore, we observed an increased expression of genes whose encoded products promote hCECs differentiation along several passages in hCECs co-cultured with either type of feeder layer. Therefore, the iHFL feeder layer appears to be the most effective at maintaining the proliferative properties of hCECs in culture most likely by preserving high levels of Sp1 and low levels of NFIB, which is known for its gene repressor and cell differentiation properties.
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Affiliation(s)
- Gaëtan Le-Bel
- Centre LOEX de l’Université Laval, Génie Tissulaire et Régénération, Centre de Recherche du CHU de Québec -Université Laval, Axe Médecine Régénératrice, Québec, QC G1V 0A6, Canada; (G.L.-B.); (S.C.G.); (L.-P.G.); (F.B.); (L.G.)
- Centre Universitaire d’Ophtalmologie (CUO)-Recherche, Centre de recherche FRQS du CHU de Québec, Axe Médecine Régénératrice, Québec, QC G1J 1Z4, Canada
- Département de Chirurgie, Faculté de médecine, Université Laval, Québec, QC G1V 0A6, Canada
| | - Sergio Cortez Ghio
- Centre LOEX de l’Université Laval, Génie Tissulaire et Régénération, Centre de Recherche du CHU de Québec -Université Laval, Axe Médecine Régénératrice, Québec, QC G1V 0A6, Canada; (G.L.-B.); (S.C.G.); (L.-P.G.); (F.B.); (L.G.)
- Département de Chirurgie, Faculté de médecine, Université Laval, Québec, QC G1V 0A6, Canada
| | - Louis-Philippe Guérin
- Centre LOEX de l’Université Laval, Génie Tissulaire et Régénération, Centre de Recherche du CHU de Québec -Université Laval, Axe Médecine Régénératrice, Québec, QC G1V 0A6, Canada; (G.L.-B.); (S.C.G.); (L.-P.G.); (F.B.); (L.G.)
- Département d’Ophtalmologie, Faculté de médecine, Université Laval, Québec, QC G1V 0A6, Canada
| | - Francis Bisson
- Centre LOEX de l’Université Laval, Génie Tissulaire et Régénération, Centre de Recherche du CHU de Québec -Université Laval, Axe Médecine Régénératrice, Québec, QC G1V 0A6, Canada; (G.L.-B.); (S.C.G.); (L.-P.G.); (F.B.); (L.G.)
- Département de Chirurgie, Faculté de médecine, Université Laval, Québec, QC G1V 0A6, Canada
| | - Lucie Germain
- Centre LOEX de l’Université Laval, Génie Tissulaire et Régénération, Centre de Recherche du CHU de Québec -Université Laval, Axe Médecine Régénératrice, Québec, QC G1V 0A6, Canada; (G.L.-B.); (S.C.G.); (L.-P.G.); (F.B.); (L.G.)
- Département de Chirurgie, Faculté de médecine, Université Laval, Québec, QC G1V 0A6, Canada
- Département d’Ophtalmologie, Faculté de médecine, Université Laval, Québec, QC G1V 0A6, Canada
| | - Sylvain L. Guérin
- Centre LOEX de l’Université Laval, Génie Tissulaire et Régénération, Centre de Recherche du CHU de Québec -Université Laval, Axe Médecine Régénératrice, Québec, QC G1V 0A6, Canada; (G.L.-B.); (S.C.G.); (L.-P.G.); (F.B.); (L.G.)
- Centre Universitaire d’Ophtalmologie (CUO)-Recherche, Centre de recherche FRQS du CHU de Québec, Axe Médecine Régénératrice, Québec, QC G1J 1Z4, Canada
- Département d’Ophtalmologie, Faculté de médecine, Université Laval, Québec, QC G1V 0A6, Canada
- Correspondence: ; Tel.: +1-418-682-7565
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