Hematopoetické kmenové buňky – HSCs (hematopoietic stem cells)
(Hematopoéza)
HSC
- Hematopoéza je v současné době zřejmě nejlépe prostudovaná diferenciační dráha
s nejdokonalejším fenotypovým rozlišením jednotlivých buněčných stádií buněk
založeno na tzv. CD (cluster determinants) antigeny.
- 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. Existují také některé typy buněk připomínající
„fakultativní kmenové buňky“ – monocyty/makrofágy, mikroglie, různé typy lymfocytů.
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)
HEMATOPOÉZA – HEMATOPOETICKÉ KMENOVÉ BUŇKY
– HSC (hematopoietic stem cells)
Rozlišujeme: LT-HSC (long-term HSC) – schopné opakovaně kompletní obnovy
hematopoézy (vyžadují osteoblasty), Kostní dřeň - <0.01% buněk
~ 98 % v G0 fázi buněčného cyklu
ST-HSC (short-term HSC) – schopné jen krátkodobé obnovy
hematopoézy (vyžadují endotelie – vaskulární niche) ~ 1- 3%
proliferujících
(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!!!
- > OPRAVDOVÉ ADULTNÍ KMENOVÉ BUŇKY!
Dělení hematopoietických buněk
Odhadované počty dělení
buněk v jednotlivých
vývojových stádiích
hematopoésy
(Rychlost dělení není ukázána!)
Ep – primitivní erytropoéza, MAC – primitivní makrofágy,
BFU-E – (Burst-forming unit erytroidní) z fetálních jater,
GM – granulocatární-makrofágová kolonie
Příklad kolonií hematopoézy v in vitro experimentu
Palis 1999
CD antigens
antigen HSC Myeloid SC Lymphoid SC
CD10 (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 (b 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) + - Fenotyp
HSC (mouse)
Schema hematopoézy a fenotyp
aktuálních a potencionálních HSC (mouse)
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?
Bmi1 – polycomb group protein
PTEN – inhibitor PI3k/Akt
STAT5 – signalizace cytokinů
Gfi-1 – transkripční faktor/represor
p18, p21 – inhibitory cdk
HoxB4 – transkripční faktor specifikující linii hematopoézy
Ukázka homogenity ve fenotypu jednotlivých buněk na základě exprese klíčových
transkripčních faktorů zapojených v regulaci hematopoézy jako jsou Fli1, PU.1 a Myb.
HSC niche
Yin & Li 2006
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
(CAR (Cxcl12-abundant reticular) cells )
Změna niche
- ztráta kmenovosti = diferenciace
- změna statusu
– quiescence x proliferace
Model významu angiopoetinu v regulaci sebeobnovy HSC
Ang - angiopoetin
Tie2 – receptor angiopoetinu
Reaktivní kyslíkové metabolity (ROS – reactive oxygen species) regulují aktivitu HSC
- 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
Místo vzniku krevních ostrůvků (blood
island) v průběhu embryogeneze 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.
Původ HSC
Schema vývoje AGM (aorta-gonads-mesonephros)
- začátek fetální hematopoézy
Vznik krevních ostrůvků ve vznikajícím
žloutkovém vaku mezi mezodermem
a buňkami viscerálního entodermu
Lokalizace, změna „niche“ u hematopoézy v průběhu ontogeneze
~7.5 dpc
Hematopoéza v endotelu aorty (AGM), ~10.5 dpc
Kostní dřeň, ~15 dpc
S vývojem kostní dřeně
se HSCs usazují v jejím
stroma.
MOUSE
HSC
HSC
CFU-GM
BFU-E
CFU-E
JÁTRA
THYMUS
pT
pT
pB
pT
pB pT
pT, pB – lymfocytární progenitory
CFU-GM – myeloidní progenitory
BFU-E, CFU-E – erythroidní progenitory
~11 dpc
Dzierzak 2008
Embryonální hematopoéza (mouse)
Dzierzak 2008
Embryonální hematopoéza (mouse)
Palis 1999
Embryonální x adultní HSC (mouse)
CFC – colony-forming cell (progenitor), CFU – colony-forming unit
Dzierzak 2008
Jang & Sharkis 2007
Rozdíly mezi embryonálními a adultními HSC
Intenzivně proliferující HSC pomalu proliferující / quiescentní HSC
Obnova embryonální Obnova adultní hematopoézy
hematopoézy
• Knockout pro RUNX1 u myší způsobuje embryonální letalitu E12,5. Embrya
postradají hematopoézu ve fetálních játrech.
• RUNX1 důležitý pro vznik HSC z hematogenního endotelia
Transkripční faktor RUNX1 a vývoj HSC
hematopoéza/lymfopoéza
(dny)
člověk myš
embryonální vývoj (dny) ~270 ~21
žloutkový vak 18 7.5
dorsální aorta 27 9.5
thymus 40 11
játra 42 11
slezina 48 13
kostní dřeň 77 15
cirkulace krevních buněk 24 8.5
Chronologie hematopoézy u člověka a myši
Časování cest lidských HSC
Intenzita hematopoésy v průběhu embryogeneze u člověka