Reprogramming of bone marrow mesenchymal stem cells into cardiomyocytes

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Abstract
We have isolated a cardiomyogenic cell line (CMG cell) from murine bone marrow mesenchymal stem cells. The cells showed a fibroblast-like morphology, but the morphology changed after 5-azacytidine exposure. They began spontaneous beating after 2 weeks, and expressed ANP and BNP. Electron microscopy revealed a cardiomyocyte-like ultrastructure. These cells had several types of action potentials: sinus-node-like and ventricular-cell-like action potentials. The isoform of contractile protein genes indicated that their muscle phenotype was similar to fetal ventricular cardiomyocytes. They expressed α1A, α1B, α1D, β1, and β2 adrenergic and M1 and M2 muscarinic receptors. Stimulation with phenylephrine, isoproterenol and carbachol increased ERK phosphorylation and second messengers. Isoproterenol increased the beating rate, which was blocked with CGP20712A (β1-selective blocker). These findings indicated that cell transplantation therapy for the patients with heart failure might possibly be achieved using the regenerated cardiomyocytes from autologous bone marrow cells in the near future. Nous avons isolé une lignée cellulaire cardiomyogénique (lignée CMG) à partir de cellules stromales de moelle osseuse murine. Les cellules stromales ont été immortalisées, traitées à la 5-azacytidine, et les cellules spontanément contractiles ont été sélectionnées à plusieurs reprises. Ces cellules présentent en général une morphologie fibroblastique, mais 30% d’entre elles environ sont modifiées après le traitement à l’azacytidine ; elles établissent des jonctions les unes avec les autres au bout d’une semaine, battent spontanément après deux semaines et de manière synchrone après trois semaines. Elles expriment l’ANP et le BNP, et ont une affinité pour des anticorps anti-myosine, anti-desmine et anti-actinine. L’ultrastructure est celle de cardiomyocites, avec des sarcomères typiques, un noyau central et des granules atriaux. Ces cellules montrent plusieurs types de potentiels d’action, correspondant aux cellules du sinus nodal et du ventricule. Dans tous les cas, le potentiel d’action est de longue durée, avec un plateau, un potentiel de membrane au repos assez faible et une dépolarisation diastolique lente, de type pacemaker. L’analyse des isoformes des protéines contractiles (chaînes lourde et légère de la myosine, α-actine) indique que leur phénotype musculaire correspond à celui des cardiomyocites ventriculaires fœtaux. Les cellules expriment les ARNm de Nkx2.5/Csx, GATA4, TEF-1 et MEF-2C avant le traitement à la 5-azacytidine, et de MEF-2A et MEF-2D après le traitement. La stimulation par la phényléphrine, l’isoproterenol et le carbachol accroît la phosphorylation de ERK et des seconds messagers. L’isoproterenol accélère les pulsations, qui sont bloquées par le propanolol et le CGP20712A (β-bloquant sélectif) à 79 et 71%, respectivement. Cette nouvelle lignée cellulaire représente un modèle puissant pour l’étude de la différenciation cardiomyocitaire et l’ingénierie du tissu cardiovasculaire.