Kmenové buňky střevního epitelu STŘEVNÍ EPITEL (u hlodavců se kompletně obmění ~ po 4 dnech) pohárkové buňky - hlen Panethovy buňky - bakteriocidní faktory (lysozym, defensiny + TNFa) epiteliální buňky (apikální mikrovili) - resorpce Neuro / enteroendokrinní buňky - peptid. hormony M-buňky - přenos antigénu k lymfocytům Peyerových plátů kmenové buňky střevního epitelu mesenchymal ní buňky „lamina propria" fibroblasty, fibrocyty, endotelie, buňky hladké svaloviny, a střevní subepiteliální myofibroblasty - ISEMF (intestinal subepithelial myofibroblast) které produkují růstové faktory regulující proliferaci a diferenciaci epiteliálních buněk (HGF, KGF, TGFß2) CP -15 d mm v ■fa endokrinní A pohárkové □ epiteliální Ď Panethovy Předpokládá se, že všechny buňky každé střevní krypty jsou potomky jediné kmenové buňky (klonální studie s chimérami) 1 Jednotlivé krypty se pak množí dělením (dané velikostí krypty) Nej klíčovějších faktory regulující deferenciaci střevního epitelu jsou Wnt, BMP a Notch. V případě tlustého střeva také gradient NaBt (butyrát sodný), produkovaného bakteriemi v jeho lumen. APC - adenomatous polyposis coli Pozn. MSCs/BMSSCs se mohou integrovat do střevního epitelu, ale neplní zde funkci epiteliálních buněk. Integrují se i do lamina propria, tvoří ISEMFs a produkcí růstových faktorů podporují proliferaci střevního epitelu (viz. MSCs) QUIESCENT PROLIFERATING Lgr5 jako součást Wnt signalizace a znak potenciálních „stem cell" střevního epitelu Leucine-rich repeat-containing G-protein coupled receptor 5 (Barker 2007, Sato 2009) Souhrn - střevní epitel (intestinum) Quiescently slow-cycling - long term stem cells aktuální stem cells, pozice 4 Wnf insensitivní, klo no gen ní Intenzivně proliferující potenciální stem celis, CBC - crypt base celis Wnf responsivní, kl o no gen ní Transientně, diferenciačním dělením dělící se buňky progenitory streního epitelu, Wnf responsivní zvyšující se exprese APC -> inhibice Wnf signalizace V Panethovy buňky regulace obranných funkcí Terminálne diferencované střevní epitelie postupně apoptózující http://www.hubrecht.eu/research/clevers/research.html Homeostáze v intestinální kryptě jako výsledek kompetice mezi symetrickým dělením Lgr5 pozitivních buněk Intestinal Stem Cells at the Crypt Base Panetľt cells Lgr5+ Stem Cel li-í fte&iricted niche space for ste-m cells Symmetric Stem cell divisions Growth of surviving clones and extinction of neighboring clones Crypts inevitably drift towards clonglity Snippert2010 Epiteliální kožní kmenové buňky - ESSCs (Epithelial skin / epidermal stem cells) dermis (mesoderm -> mesenchym) + epidermis (ektoderm) EpUwrtJl ESSCs (Integrin a6+/CD71-/K15+/K19+/CD34+)1 jsou lokalizovány ve výduti po straně vlasové pochvy. Odtud v případě potřeby migrují jak do bazálni vrstvy krycí epidermis, tak k základu vlasu k dermální papile2. V základně vlasu, u dermální papily, ESSCs vytváří „sekundární" populaci kmenových buněk, odpovědných za růst vlasu. V basální vrstvě epidermis dávají vznik aktivně se dělícím keratinocytům, exprimujícím keratiny K5 a K14. Po jejich přechodu do „stratům spinosum" se tyto keratinocyty přestanou dělit a nastupují proces terminálni diferenciace kdy keratiny K5/K14 jsou nahrazeny keratiny K1 a K10. Poté dochází k syntéze bariérových proteinů jako je involucrin, loricrin,..., zplošťování buněk a jejich odumírání. 1 CD71 - receptor pro transferin 2 dermální papila je shluk mesenchymálních buněk reguljící růst chlupu m Basal kcratinocytes of epidermis (B) Perm a I fibroblasts Epidermis (C) Inner Epidermis root sheath Placode Dermal pupil]J fibroblast Melanin in early hair shaft -Dermal papilla Hair shaft j^^^^r^^ouTglarid Bulge Hair shaft I n n LT mot sheath měr root sheath ÍG) Ontogenetický vývoj vlasového folikulu & „niche" kmenových buněk epidermis Epidermal layers rLairfoNide*> mul rix -*■ Lineages Differentiation derived from oaütoavs supplied foil k dar stem cells by bulge stem celb Morfologie epidermis a vlasové cibulky Hair shaft Arrector pili- Sebaceous gland Hair root Hair bulb in follicle Desmosomes Keratinocytes Langerhans cell - Stratum— corneum Stratum- granulosum Stratum — spinosum - Stratum basale Dermis - Cells are dead; represented only by flat membranous sacs filled with keratin. - Glycolipids in extracellular space. Cells are flattened; organelles deteriorating; cytoplasm full of ^ lameiiated granules (release lipids) and keratohyaline granules. Cells contain thick bundles of Intermediate filaments made of pre-keratin. Merkel-i ) 'i"Jírcell 1 é . vi Sensory ^Meianöc«tes^ I -nerve ng Melanocytes Melanin granules (b) endi Cells are actively mitotic stem cells; some newly formed cells become part of the more superficial layers. Dermis Copynghl O 20CW Reason Educate, Int., publishing a± Benjamin Cnnmings. Hair shaft- (cuticle, cortex, medulla) Internal epithelial root sheath External epithelial root sheath Glassy membrane Medulla - Connective -tissue root sheath Cortex —■-- ■ ■ ■ -. i.-. t «HS K * b-4 ,£4 1' f lis 1 - 1 i * 1 í j Hair matrix Melanocyte Hair papilla Subcutaneous adipose tissue ĽCTjyiiylil <£> 2004 PčirSĽiri Education, Inc.. (jubli£lnrtí Sä Ěaiijůnnn CuTinrtirtSS. Poznámka. Epiteliální kmenové buňky podobné ESSCs byly také nalezeny v oční rohovce. Tyto buňky jsou zde pravděpodobně pouze bipotentní, avšak po jejich přenosu do epidermis, se chovají jako ESSCs a jsou multipotentní! Reakce pokožkových SC na externí signály Ep Transition zone Dermal . sheath Hair Matrix , bulb DP < BL Wounding _stimulus Bulge Hair Growth stimulus Fuchs et al., 2004 „Niche" kožních kmenových buněk (kmenových buněk vlasového folikulu) Fuchs et al.,2004 ^pre-ORS^ MRS - vnitřní vlasová pochva ORS - vnější vlasová pochva (inner / outer root sheath) Joggin (dermal papila) Tcf3j, Lef1| mazové žlázy cytokiny transkripční faktory Anagen Growing Hair Follicle Hair I Functional Cells □□□□□□□□ Y Y Differentiation Y (skin site, species) Event?---- Y Epidermal Proliferative Unit (EPU) t Cell Loss t Functional Cells Cornified Layer □□□□□□□ t^Spinosum & granular Ll^ Layers Dividing Transit Variable Size Basal Layer Holoclones in vitro Hair Follicle Lineage Ancestor Bulge stem Cell (Reserve Stem Cells) Y ----T---- V' /* Amplification uncertain Self-ma i nte na nee Asymmetric divisions Slow cycle {quiescence) Label retention a&+, CD71-, K19+, Niche, environment, _position_ Interfolikulární populace ESSC - Jaký mají potenciál, jsou opravdu „SC" Inlerfollicular Interfollkeülar opktfirü»tlFE] 0 IFE IFE qu eBcerri proliferating stem ceH7 commited p*ügenilw? Isthmus Lgr6+ P1et1+ GIÍ1* Secondary Hair Germ Krt 15+ Cd20d+ an* Lgr&+ Junctional zun et Lrig1+ Sebaceous gland: BlimpU Bulge: hair folheFe fate Krt15i- Cell-surface motocufas. Lgr5+. &J34+ Transcription factors: Sox9+, Lh>i2+. Tcf3+. P*Btt:1+ Dermal Papilla Wound epidermis OQ IFE Kn15+ \ IFE stem cell \ progeny Lgr6+ s:em ceil f^ns*/ifj progeny | progeny (long-lasbngi "«"9 Lngi+ [Jong \ tasbng) Wound edge life 4 Lrig1+ Lgr£+ and GIÍ1 + Krt 15* Early contribution Late contribution Pari-wourtd hair folFicle T QQO IFE k stem j rnmiriil contrcjjutjori Idneogenc HFs 1 Cut I' L:. I: J 'rum IFE SlSm cells pfageny progenitors, en route ro,' wound center Lcigl+ÍLBrE+ÍGIil-ľ pregany: coniíibulion to n*ogsme HFs? -«-Naogenrc half -* follicles (HFs) Zastoupení potomků jednotlivých populací „SC" v homeostázi epidermis EPU - epitheliální proliferační jednotka Horreos:asis EPU Epidermis 3Jce: Epithelial stem cells k Re-epitrielialization Epidermis Wound Bulge: Hair follicle stem cells Epidermis q Days after wounding 4% 20 SC' □ Bulge-derived l N on-bulge-derived http://www.hairlosshelp.co FOR UMVIEWTMP=Linear Anagen phase Anagen is the active growth phase of hair follicles during which the root of the hair is dividing rapidly, adding to the hair shaft. During this phase the hair grows about 1 cm every 28 days. Scalp hair stays in this active phase of growth for 2-7 years and is genetically determined. At the end of the anagen phase an unknown signal causes the follicle to go into the catagen phase. Catagen phase The catagen phase is a short transition stage that occurs at the end of the anagen phase. It signals the end of the active growth of a hair. This phase lasts for about 2-3 weeks while the hair converts to a club hair. A club hair is formed during the catagen phase when the part of the hair follicle in contact with the lower portion of the hair becomes attached to the hair shaft. This process cuts the hair off from its blood supply and from the cells that produce new hair. When a club hair is completely formed, about a 2 week process, the hair follicle enters the telogen phase. Telogen phase The telogen phase is the resting phase of the hair follicle.When the body is subjected to extreme stress, as much as 70 percent of hair can prematurely enter a phase of rest, called the telogen phase. This hair begins to fall, causing a noticeable loss of hair. This condition is called telogen effluvium. The club hair is the final product of a hair follicle in the telogen stage, and is a dead, fully keratinized hair. Fifty to one-hundred club hair are shed daily from a normal scalp. Hair growth cycle times Scalp: The time these phases last varies from person to person. Different hair colour and follicle shape affects the timings of these phases, anagen phase, 2-6 years (occasionally much longer) catagen phase, 2-3 weeks telogen phase, around 3 months Eyebrows etc.: anagen phase, 4-7 months catagen phase, 3-4 weeks telogen phase, about 9 months http://en.wikipedia.org/wiki/Hair follicle Model epidermalních kmenových buněk - V blízkosti dermální papily (DP) - V zduřenine (bulbu -B) vlasové pochvy Telogen Anagen Telogen Anagen vs. Sec Grm - sekundární zárodečné (kmenové) buňky Lgr5 pozitivní buňky jako proliferující kmenové buňky epidermis Jaks V., et al., Nature Genetics matrix dermal papilla blood vessel 1. anagen 2. katagen 3. telegen phase phase phase Isthmus - Matrix Dermal papilla O LgrS expression # Lgr5 lineage-traced cells ^) Stem cell maintenance Law bulflfl ■ Early Anagen Late Ana-gen LtfrS- CD34+ Lgr*+ Halr follicle epithelial Hem cells r "l o © Haifa LgrS- K1£- / BllmpH Pr.JiienLrr Lq-L-- I o o o tjlund IRS Hararo'l B Lgr5 k..... Lrigl Blimpl t....... i » li SyncKroni7ed Birth 4 wk$ 6 wks ß wks Morph fj TÄri I Cat I ITt? I I.Tel ■■g°P|t1 androgen Li I EÖ nrrt. (a) To trace the progeny of Lgr5+ cells, Lgr5-EGFP-lres-CreERT2/ROSA26-LacZ mice were injected with tamoxifen (TM) at P21, when hair follicles are in telogen. (b) LacZ staining of the initial labeled cells at P27. (c-h) Analysis of LacZ-staining progeny at P37 (c-e) and P56 (f-h) revealed contributions to all parts of the hair follicles below the sebaceous gland, as assessed in longitudinal (d,g) and transverse (e,h) sections of hair follicles. c,f show whole-mount pictures of LacZ-stained skin, (i-k) Progeny of Lgr5+ cells were present in the ORS of hair follicles at 13 weeks of age (i) and in the bulge area of the second club hair at 16 weeks (j, longitudinal section; k, transverse section), (l-o) Competence of Lgr5+ cells for self-renewal is indicated by the presence of LacZ-stained progeny in anagen and telogen hair follicles of 6-month-old mice. Shown are whole-mount images (l,m) and longitudinal (n) and transverse (o) sections, (p-r) Progeny of anagen Lgr5+cells localized outside of the bulge area in mice injected with tamoxifen at P14. Initial labeling of hair follicles at P16 (p) contributes to the bulge of the hair follicle in the following telogen at P21 (q) and the first anagen at P34 (r). Morph, morphogenesis; An, anagen; Cat, catagen; Tel, telogen. Cb, club hair; *, nonspecific LacZ staining of the sebaceous gland. PLICNI EPITEL (u hlodavců se kompletně obmění ~ po 100 dnech) Proximální část plic (trachea a velké průdušnice/bronchy) - epiteliální buňky s ciliemi (Foxj1+) - Clara a buňky podobné Clara buňkám (Scgb1a1 - sekretoglobin/uteroglobin+) - bazálni buňky (p63+) - neuroendokrinní buňky Distální část plic (průdušky, průdušinky a alveoli) Capillaries Alveoli epiteliální buňky s ciliemi (Foxj1+) Clara buňky (Scgb1a1+) varianta Clara buněk - Clara v neuroendokrinní buňky, tvořící neuroendokrinní tělíska (NEBs, exprimují od calcitoninu odvozený peptid - Cgrp+) buňky typu I a II v alveolech - pneumocyty (AT1, AT2). Typ II produkuje proteinové surfaktanty, typ I těsně přiléhá ke kapilárám bronchoalveolární kmenové buňky (BASCs) Anterior Main bronchus Trachea and main bronchi Cartilage Submucosal glands Hand Cil iated (Fbjql) 'Clara (Scgbl a]) Basäru}S3j * - ---- Bronchus Neuroendocrine Cgrp 5cgblal Bronchioalveolar duct junction Alveoli Type II (SftpC) Clara (Scgblal} l Opravné mechanismy v proximální části plic buňky s ciliemi (3) * epiteliální buňky submukózních žlaz, mohou regenerovat epitel průdušnic ** nahrazují buňky s ciliemi po požkození oxidanty Anterior Submucosal _ 3 Lumen Cartilage Blood vessels, nerves TJ" Opravné mechanismy v distální části plic multipotentí BASCs mají fenotyp Sca1+, CD34+, CD45", Sftpc/Scgb1a1 + Clarav \ ^ C) y^naphtalen umí to všechny Clara buňky ?! Poškození plic - identifikace kmenových buněk T2 Injury T2 & Embryonic lung development o o o c o oje o bleomycin zničí AT1 pneumocyty —> populace obnovena diferenciací AT2 naftalen - specificky ničí Clara buňky - existuje populace naftalen-rezistentních Clara-like buněk (CCSPp°z) • v neuroepiteliálních tělíscích (NEB) - obnoví populaci Clara i endokrinních buněk — kmenové Clara buňky — progenitorová PNECs (pulmonary neuroendocrine cells) • na rozmezí bronchiol a alveolu (BADJ) - nejen CCSPpoz, ale i SP-Cp°z; schopny obnovit populaci Clara buněk, AT2 i AT1 pneumocytů v alveolách a terminálních bronchiolách Provisional matrix Transitional cells CCSP+ SP-C+ CCSP- SP-C+ Sca-1+CD34+ Sca-1- CD34- BASCs (bronchioalveolar stem cells) • CCSPP°Z/SP-cp°z a taky Sca-1 p°z/CD34p°2 • FACS —► na Matrigel —► in vitro diferenciace v Clara buňky i AT1 a AT2 pneumocyty