Hematopoetické kmenové buňky - HSCs (hematopoietic stem cells) Hematopoéza + ? Hematopoiesis ?! Pliiii|:-t*riUt-ir -:^ll ?! CFU-GEMM BFU-E . IL-3 I GM-CSF TEpo GFU-E IL-3 ^GM-CSF *Epo Epo CFU-MEG GFU-Eo THYMUS IL-3 GM-CSF CFU.QM Epo ^IL-3^ GM-CSF IL-3 GM-CSF Mega- karyocyte i I TM-CSF IL-3 IL-3 I GM-CSF I GM-CSFl M-CSF TG-CSF GM-CSF IL-3 IL-3 Red blood Monocyte .... Platelet ■ ■ 11 1 MCSF GM-CSF G ran u lote ytes i i B cell Tcell < Macrophage Kostní dřeň - <0.01% buněk ~ 98 % v G0 fázi buněčného cyklu (LT-HSC) Jsou závislé na osteoblastech !?!? ~ 1- 3% proliferujících (ST-HSC) Jsou závislé na endoteliích HEMATOPOIETIC STEM CELL GRANULOCYTES MAST CELLS MACROPHAGES MEGAKARYOCYTES ERYTHRO BLASTS Sell 2004 Příklad kolonií hematopoézy v in vitro experimentu Palis 1999 Ep - primitivní erytropoéza, MAC - primitivní makrofágy, BFU-E - (Burst-forming unit erytroidní) z fetálních jater, GM - granulocatární-makrofágová kolonie HEMATOPOÉZA - Hematopoéza je v současné době zřejmě nejlépe prostudovaná diferenciační dráha s nejdokonalejším fenotypovým rozlišením jednotlivých buněčných stádií buněk tzv. CD (cluster determinants) antigeny. - Jednotlivé diferenciační dráhy jasou často majoritně závislé na jediném cytokinu (kolonie stimulujícím faktoru - CSF; např. G-CSF, faktor stimulující tvorbu zejména granulocytů) -V průběhu ontogeneze je hematopoéza realizována jedinečným způsobem (časo-prostorově, viz. níže), což dobře umožňuje i studium rozdílů mezi embryonálními a adultními somatickými kmenovými buňkami. Každopádně v průběhu embryonálního vývoje vznikají jisté typy populací T-lymfocytů, které zůstávají po celý život jedince, ale v dospělosti již nevznikají. Druhou možností, vedle možnosti odlišnosti embryonálních a adultních HSCs je schopnost těchto buněk osidlovat odlišné „niche". - HSC vzniklé ve žloutkovém váčku také migrují do oblasti AGM a do jater, kde dávají vznik adultním HSC (Samokhvalov, 2007) -rozlišujeme: LT-HSC (long-term HSC) - schopné opakovaně kompletní obnovy hematopoézy (vyžadují osteoblasty) : ST-HSC (short-term HSC) - schopné jen krátkodobé obnovy hematopoézy (vyžadují endotelie - vaskulární niche) (aktuální X potencionální (proliferující) kmenová buňka) - Harrison et al. (1979): transplantoval myším opakovaně identický štěp HSC déle jak 8 let - > výrazné překročení délky života myši!!! Fenotyp HSC antigen HSC Myeloid SC Lymphoid SC CDIO (CALLA) - - + CD33 (Sialoadhesin) - + - CD34 (L-selectinR) - + + CD38 (ecto-ADP-ribosyl cyclase) - - + CD90 (Thy1) + - + CD110 (Trombopoietin receptor) + + - CD111 (Nectin1) - + - CD112 (Nectin2) - + - CD117 (c-Kit, SCFR) + + + CD123 (a řetězec IL-3R) + + - CD124 (IL-4R/IL-13R) - - + CD127 (a řetězec IL-7R) - - + CDw131 (ß řetězec IL-3R/IL-5/GM-CSF) - + - CD133 (Ac133) - + - CD135 (Flt3/Flk2) + - - CD173 (krevní skupina H typ 2) - + - CD174 (Lewis Y) - + - CD176 (Thomson-Friedrenreich antigen) - + - CD227 (MUC-1) - + - CD228 (Melanotrensferrin) - + + CD243 (MDR-1) + - - Sell 2004 Schema hematopoézy a fenotyp aktuálních a potencionálních HSC Extrinsic a intrinsic faktory regulující sebeobnovu adultních HSC (Akala & Clarke 2006) HSC niche I_IL_II_ Be ie Bone marrow Endosteal Mobilizace HSC (přechod HSC do periferní krve) - působením G-CSF, SCF, IL-3, TPO G-CSF - granulocyte colony-stimulating factor, SCF - stem/steel cell factor, IL-3 - interleukin 3, TPO - trombopoetin Yin & Li 2006 Původ HSC Podíl jednotlivých tkání na celkovém objemu hematopoézy mezi 11 - 13 dpc u myši Pozn. Slezina je osídlena HSCs a hematopoetickými progenitory pravděpodobně z jater, protože v době objevení se hematopoézy ve slezině, v žloutkovém vaku a v aortě už hematopoéza neprobíhá a kostní dřeň dosud není vyvinuta. Místo vzniku krevních ostrůvků (blood island) v průběhu embryogeneze u myši Schema vývoje AGM (aorta-gonads-mesonephros) -začátek fetální hematopoézy MOUSE Lokalizace, změna „niche" u hematopoézy v průběhu ontogeneze Vznik krevních ostrůvků ve vznikajícím žloutkovém vaku mezi mezodermem a buňkami viscerálního entodermu mesoderm visceral endoderm ~7.5 dpc a *L-nilLHltrm cndalholial rell e blood HSC CFU-GM BFU-E JÁTRA Hematopoéza v endotelu aorty (AGM), ~10.5 dpc Kostní dřeň, ~15 dpc S vývojem kostní dřeně se HSCs usazují v jejím stroma. pT THYMUS pT, pB - lymfocytární progenitory CFU-GM - myeloidní progenitory BFU-E, CFU-E - erythroidní progenitory hematopoeza (mouse) Dzierzak 2008 Embryonální hematopoéza (mouse) Dzierzak 2008 Embryonälni x adultni HSC (mouse) Mesoderm i—I—I—I—r i—I—I—I—I—I—I- 6.5 7.5 \ Gastrulation 8.5 ^Circulation ^ 9.5 10.5 Liver Colonization 11.5 12.5 Days Palis 1999 CFC - colony-forming cell (progenitor), CFU - colony-forming unit Developmental time Site Functional activity Primitve E7.5 Yolksat3 Primitive erythroid E7.5-EB(0-*sp) Yolksacb Primitive erythroid Pro-definitive E7.5-EB(EHF-2sp) Allantois3 Erythroid-myeloid progenitor E7.5-EB f0-7sp) Allantois3 Erythroid-myeloid progenitor EB.25 Yolksac3 Erythroid-myeloid progenitor ES.25 Yolk sac* Erythroid-myeloid progenitor E9.5 Yolksacb Erythroid-myeloid progenitor E9.0 Placenta Erythroid-myeloid progenitor Meso-definitive E7.5-EB(0-8sp) pSpa Erythroid-myeloid-lymphoid progenitor E7.5-E8(0-5sp) pSp3 Mu It i potent low-level repopulating progenitor Meta-definitive E9.0 Yolksac*- Neonatal repopulating HSC E9.C AG Mc Neonatal repopulating HSC E9.0 Yolksacc CFU-S E9.C AGMc'd CFU-S Adult-definitive E10.5 AG Md'e Adult repopulating HSC E10.5 Umbilical and vitelline vassal s° Adult repopulating HSC E10.5-E11 Placenta Adult repopulating HSC Dzierzak 2008 Rozdíly mezi embryonálními a adultními HSC Intenzivně proliferující HSC pomalu proliferující / quiescentní HSC Jang & Sharkis 2007 Chronologie hematopoézy u člověka a myši hematopoéza/lymfopoéza (dny) člověk myš embryonální vývoj (dny) -270 -21 žloutkový vak 1S 7.5 dorsální aorta 27 9.5 thymus 40 11 játra 42 11 slezina 4S 13 kostní dřeň 77 15 cirkulace krevních buněk 24 S.5 Časování cest lidských HSC