METAPLASIE (- TRANSDIFERENCIACE?!)
Potenciální možnosti:
1) Přímá přeměna fenotypu buňky jednoho typu v buňku typu jiného
- s proliferací (metaplasie)
- bez proliferace (pravá transdiferenciace)
2) Prvně směrem zpět v diferenciační řadě a následně diferenciace
do jiné diferenciační řady (rediferenciace a následně diferenciace).
Za pozorované jevy zřejmě ale odpovídají zbytkové populace progenitorů.
- s proliferací
- bez proliferace (silně nepravděpodobné)
Přístupy:
a) Vnějšími faktory
b) Exogenní expresí vhodných genů
c) Přeprogramováním jádra cytoplasmou jiné buňky
(sem patří i terapeutické klonování)
d) Kombinací výše zmíněných postupů
metaplasie – přeměna kmenové nebo progenitorové buňky jednoho
typu tkáně v progenitor tkáně jiné
transdiferenciace – přeměna buňky jednoho typu na buňku typu jiného
bez průchodu buněčným cyklem
transdeterminace – metaplasie v průběhu embryogeneze
Rawlins & Hogan (2006) Development 133, 2455-2465
?
? ?
diferenciace
- změny v metylaci DNA / metylačním paternu (CpG a CpA oblasti)
tyto modifikace jsou relativně obtížně změnitelné
- změny v metylaci / acetylaci / fosforylaci histonů
- telomery / telomerázy
- změny v PcG proteinech
=> transkripce jiných genů = jiný fenotyp
??
? ?
?
?
SC / TA
diferencované
buňky
transdeterminace
metaplasie
- málá a často sporná účinnost
- závislé na buněčném typu, často jen u SCs a TA buněk
- pokud je to možné, tak se většinou jedná o malou změnu / krok
(!není úplně jasné, jestli je potřeba rediferenciace!)
- uplatnitelnost in vitro spíše s některou z dalších metod a zejména pro
zachování získaného fenotypu re- / transdeterminovaných buněk
Příklady:
- exokrinní buňky pankreatu -> hepatocyty
- epitel hltanu -> střevní epitel (po poškození žaludečními kyselinami,
tzv. Barrettova metaplasie)
- progenitory glií ???
- pigmentové buňky oka (iris) -> buňky rohovky (u čolka)
- některé kultivační experimenty ukazují, že různé progentory / SCs
mohou nabývat fenotypu jiné diferenciační řady,
např SCs / TA epidermis x nervová tkáń
A. vnějšími faktory
Pleopotence* x reprogramování
(změna v determinaci)
multipotentní
tkáňově specifická buňka
terminálně diferencované buňky
progenitory
*
persistující progenitory
- výrazně účinější než působení vnějších faktorů
- „vhodné“ geny jsou zejména cytoplasmatické pro-onkogeny / onkogeny
a transkripční faktory
- epigenetická paměť buněk (zejména metylace DNA), ale nedovoluje úplnou
změnu, je potřeba několikateré dělení buněk, pokud je daná změna vůbec
možná, vlastní fenotyp se ale mění velice rychle
Příklady:
- nadbytečná exprese Ras a c-Myc indukuje částečnou rediferenciaci a transformaci
- exprese Pdx1 (marker b-buněk pankreatu) navozuje částečný fenotyp b-buněk
u hepatocytu a střevních epiteliálních buněk
- exogení exprese c-Myc, Klf4, Oct4 a Sox2 navozuje fenotyp ESCs => iPSCs
u embryonálních fibroblastů (myš), ale i další buňky
- transdeterminace Pax a Hox geny (např. Pax-6 a oči)
B. exogenní exprese vhodných genů
iPS buňky – indukované pluripotentní buňky
(Hochedlinger & Plath 2009)
Exogenní(ektopické)
transkripční faktory
Endogenní
transkripční faktory
požadovaný fenotyp buňky
daný/původní fenotyp buňky
Endogenně regulovaný
výsledný fenotyp buňky
Exogenně dodané transkripční faktory nebývají dostatečně pevně fixovány v genomu
- požkození genomu (vlastní vnesení exogenní informace)
- destabilizace fenotypu, částečné reprogramování, reverze fenotypu, nežádoucí transformace
C. Přeprogramováním jádra
cytoplasmou jiné buňky
buněčná fůze – spojení cytoplasmy a jader
dvou buněk za vzniku buňky
jediné
heterokaryon – produkt fůze buněk jasně
odlišitelnými dvěma nebo
i více jádry
hybridní buňka – vznikne když heterokaryon
projde mitózou za vzniku buňky
s jedním jádrem ale s více jak
2n DNA (nemusí obsahovat
kompletní jadernou DNA
původních buněk)
- závislost na momentálním stavu
buňky
- velice účinné, ale přenos jádra málo
úspěšný u savců
- fůze buněk je ale relativně běžná
Úplné reprogramování terminálně
diferencované buňky cytoplasmou
oocytu u žab (ale i savci).
Myš klonovaná z jádra
čichového nervu
BMSSCs exprimující b-galaktosidásu
pod kontrolou svalově specifického
promotoru
Heterokaryon Purkiňova neuronu v mozečku
a GFP+-BMSSC
Regenerace samičích Fah -/letálních
jater (FAH – fumarylacetoacetate
hydroláza) transplantací
samčích HSCs
Detekce Y chromozomu v játrech
po transplantaci (dole) a FAH
aktivity vpravo nahoře.
Demetylace otcovského,
mateřského a reprogramovaného
(jaderný přenos)
genomu
Reprogramování jádra, metylace DNA a chyby v embryogenezi
Analýza exprese Oct4 mRNA u klonovaných
a kontrolních blastocyst (in situ hybridizace).
Účinek reprogramování jádra diferencované
buňky na expresi Oct4-GFP a schopnost
růstu ICM.
Vývoj klonů a IVF/ICSI embryí exprimujících
GFP in vitro.