High level of reactive oxygen species impaired mesenchymal stem cell migration via overpolymerization of F-actin cytoskeleton in systemic lupus erythematosus

Some lines of evidence have demonstrated abnormalities of bone marrow mesenchymal stem cells (MSCs) in systemic lupus erythematosus (SLE) patients, characterized by defective phenotype of MSCs and slower growth with enhanced apoptosis and senescence. However, whether SLE MSCs demonstrate aberrant migration capacity or abnormalities in cytoskeleton are issues that remain poorly understood. In this study, we found that MSCs from SLE patients did show impairment in migration capacity as well as abnormalities in F-actin cytoskeleton, accompanied by a high level of intracellular reactive oxygen species (ROS). When normal MSCs were treated in vitro with H2O2, which increases intracellular ROS level as an oxidant, both reorganization of F-actin cytoskeleton and impairment of migration capability were observed. On the other hand, treatment with N-acetylcysteine (NAC), as an exogenous antioxidant, made F-actin more orderly and increased migration ratio in SLE MSCs. In addition, oral administration of NAC markedly reduced serum autoantibody levels and ameliorated lupus nephritis (LN) in MRL/lpr mice, partially reversing the abnormalities of MSCs. These results indicate that overpolymerization of F-actin cytoskeleton, which may be associated with high levels of ROS, causes impairment in the migration capacity of SLE MSCs and that oral administration of NAC may have potential therapeutic effects on MRL/lpr mice.

RésuméCertaines études ont mis en évidence des anomalies phénotypiques et une croissance ralentie avec apoptose accélérée et sénescence des cellules souches mésenchymateuses (CSM) issues de la moelle osseuse chez les patients atteints de lupus érythémateux disséminé (LED). Il reste à élucider si les CSM de patients atteints de lupus érythémateux disséminé ont des anomalies, des capacités de migration au niveau du cytosquelette. Dans cette étude, nous avons constaté que les CSM des patients avec LED ont une capacité de migration anormale ainsi que des anomalies au niveau du cytosquelette d’actine F, accompagnées par un taux élevé intracellulaire des dérivés réactifs de l’oxygène (DRO). Lorsque les CSM normales ont été traitées in vitro avec H2O2 qui, en tant qu’oxydant, augmente le niveau de DRO intracellulaire, nous avons constaté à la fois la réorganisation de cytosquelette d’actine F et une inhibition de la capacité de migration. De plus, le traitement par la N-acétylcystéine (NAC), en tant qu’antioxydant exogène, a rendu l’actine F plus ordonnée et a augmenté les taux de migration dans les CSM au cours du LED. D’autre part chez la souris de lignée MRL/lpr, l’administration orale de NAC a remarquablement réduit les niveaux d’auto-anticorps sériques et a amélioré la néphropathie lupique (NL), effaçant en partie les anomalies des cellules souches mésenchymateuses. Ces résultats indiquent que la surpolymérisation du cytosquelette de l’actine F, qui peut être associée à des niveaux élevés de DRO, provoque une insuffisance de la capacité de migration des cellules souches mésenchymateuses au cours du LED et que l’administration orale de NAC peut avoir des effets thérapeutiques potentiels sur des souris de lignée MRL/lpr.