Hematopoetické kmenové buňky - HSCs (hematopoietic stem celis) Hematopoéza + ? Kostní dřeň - <0.01% buněk ~ 98 % v G0 fázi buněčného cyklu (LT-HSC) Jsou závislé na osteoblastech !?!? HEMATOPOÉZA - Hematopoéza je v současné době zřejmě nejlépe prostudovaná diferenciační dráha s nejdokonalejším fenotypovým rozlišením jednotlivých buněčných stádií buněk tzv. CD (cluster determinants) antigény. - Jednotlivé diferenciační dráhy jsou 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) (aktuálníX potencionální (proliferující) kmenová buňka) Harrison et al. (1979): transplantoval myším opakovaně identický štěp HSC déle jak 8 let - > výrazné překročení délky života myši!! Dělení hematopoietických buněk Feedback signal regulates self-renewal ................i? :i i* i i '■*<.■■■■■.....'^^"f'tttf/}}}}^ to ng-term short-term mufti potent Cumulated repopulting repopulting progenitor progenitor precursors mature cells stem cells stem ceils celta cells (CPC) (LT-HSC) {ST-HSC} (MPC) B Symmetric differentiating cell division Asymmetric cell divisions Symmetric self-renewing division \ t Differentiation LT-HSC ST-HSC MPC CPC precursors mature cells 15t 2a | (0 c o 'to ■> •v O CD n £ 3 c CD O c CD O CO CD c CD CO CD > TO o a CD DC. 2nd 2a | trd 2a I 1th 2a i :th 2a i 6th 2a i 7th 2a I A1 \ » A2 » A3 A4 i A5 A6 A7 49* 50th 2a I A49 A50 100di 10di 5di 2d 100dj iooa B1 i B2 B3 i B4 i 10d( 10d| C1 1 C2 1 C3 10d( 5d 5d D1 I D2 i D3 2d, 2d E1 E2 é E3 100di 10d| B5 C5 100dj 10d( 5di 5d D5 1 2d 2d i E5 100d| 10di B7 C7 *1» ▼ 2d# D7 E7 V 100d| 10dJ 5d, 2d, B49 B50 C49 C50 D49 D50 E49 E50 F2 „20d Xk F3 ,20d Xk \B4 V C4 X D4 V E4 V l Xl \| \j X 20d F4 P^Od F5 >k \B6 X C6 \ D6 \ E6 \ I Xl \| \J X F6 ,20d Q 20d F7 Nk *4 F49 F50 •4 20d Xk 20d Nk S diferenciací u hematopoésy stoupá frekvence buněčného dělení x<>V r& r& J? ___.___ * m 6FU-E - derived colony (erythro id] CFU-GM derÄrtri colony (myeloid] (megakaryocyte) Erythrocytes Platelets Neutrophils Monocytes □ asaphib Stem Progenitor Precursor Mature cell cells cells cells Hematopoietic Stem Cell Differentiation Hematopoietic stem cell Self-renewal I Myeloid stem cell Self-renewal j Differentiation 3 Lymphoid slam cell ComiTiltted pf^curfof ceils CytoK fees M-CSF- Self-rerewal Differentiation □M-CSF Differentiated rTBcnophageGranu,DCVte Eosinophil GM-CSF IL-3 G-CSF Epo SCF Tpo rkj c4ood cell Platelets I Tcell Bcell Oo IL=interlaukin Eprj=arytlToprjfetin GM-CSF=grBnulrKylia/mncrophage cobny-slimulating factor SCF=stem Cell factor G-tSF=grenulQcyte colony-stimulating factor TpQ^thromljopQie-ti n M-CEF=monocyte colony-atfm ulaJting factor ©2005 Cassio Lynrn. To obtain permission of use please contact www.cassio-lynrn.corn 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 antigen HSC Myeloid SC Lymphoid SC CD 10 (CALLA) - - + CD33 (Sialoadhesin) - + - CD34 (L-selectinR) - + + CD38 (ecto-ADP-ribosyl cyclase) - - + CD90 (Thyl) + - + CD110 (Trombopoietin receptor) + + - CD111 (Nectinl) - + - CD112 (Nectin2) - + - CD117 (c-Kit, SCFR) + + + CD 123 (a řetězec IL-3R) + + - CD 124 (IL-4R/IL-13R) - - + CD 127 (a řetězec IL-7R) - - + CDwl31 (P řetězec IL-3R/IL-5/GM-CSF) - + - CD133 (Acl33) - + - CD135 (Flt3/Flk2) + - - CD 173 (krevní skupina H typ 2) - + - CD 174 (Lewis Y) - + - CD 176 (Thomson-Friedrenreich antigen) - + - CD227 (MUC-1) - + - CD228 (Me lano transferrin) - + + CD243 ÍMDR-F) + - - ü s! < PLEOPOTENT LONG-TERM STEM CELL (very rare) (COW-, c-KIt*, Sca1+) MULTUPLURIPOTENT SHORT TERM STEM CELL e4tit+p Sea1+) MULTUPLURIPOTENT PROGENITOR CELL(CD4lo) Ä OLIGO LINEAGE PROGENITOR CELL (Lln+) itiürKcyte DIFFERENTIATED PROGENY (many) I INCREASE. IN NUMBER OF CELLS [ Self-renewal Intrinsic factors Bmi1 Gfi-1 PTEN STAT5 Tel/Etv6 p21 p18 MCL-1 Mel-18 Rae28 HoxB4 HSC Schema hematopoézy a fenotyp aktuálních a potencionálních HSC Extrinsic factors Notch Wnt Shh Tie2/Ang-1 Stem ceils Multipotent progenitors Oligopotent progenitors Lineage-restricted progenitors Effector ceils Extrinsic a intrinsic faktory regulující sebeobnovu adultních HSC (Akala & Clarke 2006) významnou úlohu hraje hypoxie a HIF! HSC mají vysokou hladinu HIF nezávisle na hypoxii! - úloha cytokinů SCF, IL-x? Self-renewai O^LT-HSC ~/ [UN" KIT* SCAľ CDM10 FLK210) ®ST-H5C (UN" KľT5CArCDMHi FLK210) K^y (UN" KIT* 5CA1* CDMHi FLK2Hi) ^0) CMP (Ö) MEP r Erythrocytes Piate lets Hematopoietic Hierarchy f Mouse ") ( Human) Unc-KtrSca1'Flk2CD34 SlamM UnCDM-CD3IJCD30'CD45RA Ufrc-wrsorFi>c2'CD34'ai—n Lin CD34*CD3frtD90-CD45RA ( Llnc-Ktf5caVFIK2*CD34*Slamfl *2 © 1 © 5, HSC Long-term Self-renewal > (unc-KrrSca1'Flk2hXD34tSlamh) ^/ q Multlpotent Progenitors Llnrc-Krf*$caVlL7Ra* Flk2"' LlnCD34*CD36'CD10* o CLP ( Llnc-Kit'Scal CD34'FCyR •»") (LinC D34' CD38 • I L3Ru' C 04 SRA) / MEP_ q) GNIP. CMP ( Urrc-Ktl,SC3l-CD34FCTRr) LinCD34X03&fIUR« CD45RA" 5 Unc-Kit* Seal "CD34 A- (Un-CD34'CD3e'lL3R«*C045RA v Oligopotent Progenitors Erythrocytes Platelets Granulocytes Macrophages Dendritic cells Pro-T Pro-NK Pro-B • • • e • • T-cells NK-ce!Ss B-cells Lineage restricted Progenitors Mature effector cells \ SNO cell N-Cadherin CD45- HSC Ties* U n Sea-r c-kit N-cadherin4-CD45- Mobilization Sinusoidal vessel t SKUL ♦ MMP-9 Stress **- SDF-1, VEGF Recruitment ■■JC^.'i i-:.-e (FQF-4. SDF-1} —tJL Myeloid cells Megakaryocyte Granulocyte— Lymphocyte — ^f) Circulation -Endothelial cells Homing Osteoblast niche FGF-4 Oxygen Vascular niche I_IL__L Bone Endosteal Bone marrow 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 Osteoblastic Niche Vascular Niche Endosteum Zone Central Marow Zone Bone Eľiviŕonrtic-ntdL Sinusoidal ůMdúiheliol cell '■ Migration tu .1 Lhy? -ms and differtriTiariofl into thymocytes DiRcrenriiiTran inro B roll s Iru t rníyratc [o iírorrtät ĽťUs in thť Lujrtť- inaťfO* expnssilncCXCL12 Změna niche - ztráta kmenovosti = diferenciace - změna statusu - quiescence x pro life race Copyright ÍOOoNaturE PubLivlii-ľKf Group Nature Revtaw* | Immunology Model významu angiopoetinu v regulaci sebeobnovy HSC Ang - angiopoetin Tie2 - receptor angiopoetinu Ang 1 /Ti c 2 \ hi i i] t ji Lns t li f " Ste m n t** " (M m\ cl | SELF-REMEWAL Reaktivní kyslíkové metabolity (ROS - reactive oxygen species) regulují aktivitu HS - zvýšení produkce ROS vede k indukci proliferace a opuštění niche => úbytek HSC => zvýšení intenzity hematopoiésy Podíl jednotlivých tkání na celkovém objemu hematopoézy mezi 11-13 dpc u myši I YS □ AGM 1 Circulation I Uver Embryo Age (days) 11 12 13 Total HSC 40 600 2675 Pozn. Slezina je osídlena HSCs a hematopoetickými progenitory pravděpodobně z jater, protože v době objevení se hematopoézy ve slezine, v žloutkovém vaku a v aortě už hematopoéza neprobíhá a kostní dřeň dosud není vyvinuta. Místo vzniku krevních ostrůvků (blood island) v průběhu embryogenéze u myši E7.6 Schema vývoje AGM (aorta-gonads-mesonephros) - začátek fetální hematopoézy Ectoderm [ ] \ L Somalopleura Mesoderm | | * l Spia n c h nop leu r a Endoderm | j I MOUSE Vznik krevních ostrůvků ve vznikajícím žloutkovém vaku mezi mezodermem a buňkami viscerálního entodermu mcsndcrni visceral endoderm ~7.5 dpc mesoderm 0 visceral likIuiIlrni *£) 11 ■ i v i' k "'III "V l-nilHi