Nádorové kmenové buňky - CSCs
(Cancer stem cells)
Původ CSCs ?
a) somatické kmenové buňky
b) TA buňky (progenitory)*
Podstatou je akumulace chyb v regulaci
diferenciace, proliferace a apoptósy.
Tyto chyby mohou být jak na základě
poškození/změn DNA (genů – mutace,
translokace,..), tak na úrovni
epigenetických mechanismů, případně
kombinací obou.
a
b
=> chybná odpověď na vnější signály
(růstové faktory, proteiny ECM, buňky)
Jordan 2006
* Lze i experimentálně navodit zvýšením exprese oncogenů, např ras + myc.
Kmenové buňky nádorů jsou odpovědné za návrat (relaps) onemocnění
a metastáze
CSCs podobně jako jiné SSC -> rezistence na toxické faktory (MDR proteiny)
-> pomalá proliferace (=>self-renewal) – in vivo
(V současné době ale pochybnosti, CSC snad více připomínají embryonální SSC než adultní)
 mají všechny nádory benigní/maligní/ metastázující CSC?
 ne všechny buňky izolované z nádorů jsou schopny
dát nádorům vzniknout => CSC
 in vitro jsou nádorové linie s SP buňkami (jejich SC ???) i bez SP buněk!
 SSCs jsou pro danou tkáň prakticky stejné, u CSCs to ale neplatí
(rozdíly ve fenotypu i genotypu) = mnohé nádory i CSCs mají
jediněčné vlastnosti! (=> závislost na tom, co se pokazilo)
 potenciál CSC je závislý na původní buňce -> CSC z diferenciačně
časnějších typů mají „agresivnější“ fenotyp
Jordan 2006
Kmenové buňky nádorů jsou zodpovědné za návrat (relaps) onemocnění a metastáze
Hypotetický „niche“ nádorových kmenových buněk – model neurální CSC
Ailles & Weissman, 2007
Stromální buňky niche CSC
- Podobně jako v „niche“ SSC, stromální buňky podporují produkcí
růstových faktorrů a extracelulární matrix CSC v jejich niche
- Zdá se že velké riziko představují senescentní stromální buňky/fibroblasty,
samy mají požkozené regulační mechanismy => špatná kooperace s prostředím
(buňkami, tkání), s organismem => podpora nerovnováhy v regulaci homeostáze
niche/SC => podpora CSC
 Nejen změny na prekurzorech CSC a selhání imunitního systému,
ale i změny v jejich potencionálních niche hrají významnou úlohu
v progresi nádorového onemocnění
A – znázornění progrese nádoru u pacienta
B – proliferace x dormance (quiescence) nádorových
buněk v závislosti na aktivitě MAPK Erk a p38
C – mechanismus aktivace Erk a p38
Model regulace tumorogeneze
přesmykem aktivity MAPK Erk a p38
Ranganathan 2006
C
Dobře prokázané CSCs jsou u nádorů původu
neurálního hematopoetického prsního
Jordan 2006
Hematopoetické CSCs
Jones & Amstrong,2008
Leukemie podle původu
 Myeloidní leukémie
(granulocyty, monocyty,
erytrocyty, megakaryocyty)
 Lymfoidní leukémie
(B a T buňky, NK buňky)
chronická myeloidní leukemie (CML)
akutní myeloidní leukemie (AML)
akutní lymfoblastická leukemie (ALL)
CSCs byly jasně prokázány u AML a CML, a jsou s vysokou pravděpodobností i u ALL.
Díky tomu, je u těchto onemocnění nedostatečné působení běžných
antiproliferativních farmak.
AML - IL3-R+ (není u normálních HSCs), CD33+ (IgSF, sialoadhesin)
- CD33 se zdá být vhodným pro rozpoznání AML CSCs (imunoterapie),
navíc byl prokázán u některých dalších leukemických CSCs.
- vysoká aktivita NF-kB a PI3K u AML SCs, ale ne u HSCs, farmakologická
inhibice NF-kB a PI3K nebo mTOR (target of rapamycin; substrát PI3K)
snižuje proliferaci AML SCs, ale ne HSCs (=>CSCs specifická terapie)
CML - charakteristický fůzní gen BCR-ABL (=> nadbytek ABL kinázy), inhibitory
ABL (imatinib mesylate, dasatinib) potlačují leukemii, ale ne její SCs,
=> vysazení vede k obnově onemocnění
BCR-ABL – Breakpoint Cluster Region-Abelson Kinase
Hematopoetické CSCs
Kmenové buňky akutní
myeloidní leukémie
 schopné osídlit kostní dřeň příjemce
 schopné indukovat AML
 akumulace nezralých buněk
(i bez liniové specifikace)
Misaghian et al., 2009
Kmenové buňky chronické myeloidní leukémie
- fenotypem jsou často velmi podobné normálním HSC
Vznik Philadelphia chromozómu
přítomného v buňkách CML
Misaghian et al., 2009
Adam et al. 2003
- leukémie tvořena zralými typy buněk
(např. granulocyty)
Akutní lymfoidní leukémie – ALL
 příčinou může být vznik Philadelphia chromosomu (fůze Bcr/Abl)
 ALL SC (stejně jako CML) fenotyp CD34+CD38
nadprodukce nezralých lymfoidních buněk
Chronická lymfoidní leukémie – CLL
 nadprodukce B a T lymfoidních buněk
 sebeobnova i u zralých buněk -> CLL SC jak z HCS tak z diferencujících typů
Původ jednotlivých typů
 HSC nebo pre-B buňky => ALL
 z B buněk folikulárního pláště (follicular mantle B cells)
=> většina lymfomů + nepříznivá (unfavorable) CLL
 z B buněk germinálního centra => ne-Hodgkinovy lymfomy
 z paměťových B buněk
=> mnohočetný myelom, Hodgkinovy lymfomy, příznivá (favorable) CLL
Jones&Armstrong, 2008
Fenotyp a geneze buněk lymfoidních leukémií
Neurální CSC - NCSC
 neurální CSCs vytvářejí (v kultuře) podobně jako NSCs sférické plovoucí
útvary (= neurosféry)
 neurosféry mohou být rozsuspendovány na jednotlivé buňky, z nichž některé jsou
multipotentní a jsou schopné vytvořit novou neurosféru, případně dávat vznik všem
známým skupinám neurálních buněk (neurony + glie, stejné pro NSC i NCSC)
 NSCs i NCSCs exprimují povrchový antigen CD133 (AC133), případně i nestin,
u některých gliomů bylo prokázáno, že pouze CD133+ buňky izolované z těchto
nádorů jsou schopné tyto nádory po transplantaci vyvolávat, kdežto ostatní buňky
ze stejného nádoru ne, a to ani v případě aplikace o 104 vyšší koncentrace buněk
 u NCSCs je také dobře prokázán vznik jak z NSCs, tak z neurálních prekurzorů
(TA buněk, pro které jsou známy dlouhodobé kultivační podmínky pro růst in vitro)
Glioblastom a potenciální význam BMP pro jeho eliminaci / terapii
Ponnusamy & Batra, 2008
Signální dráhy jejichž požkození (mutace komponent) se podílí
na vzniku nádorů nervového systému
WHO klasifikace
nádorů CNS
NÁDORY
NEUROEPITELIÁLNEHO
PÔVODU
I. st.
II. st.
III. st.
IV. st.
a
g
r
e
s
i
v
i
t
a
I. st. : pilocytický astrocytom
II. st. : difúzní astrocytom, oligodendrocytom
Blízké fenotypy CSC neuroepiteliálních nadorů
III. st. : anaplastický astrocytom, ependymom
IV. st. : glioblastoma multiforme,meduloblastom, neuroblastom
Blízké fenotypy CSC neuroepiteliálních nadorů
SC a CSC mléčných žlaz – MaSC a MaCSC (Mammary CSC)
 MaSCs –> SP populace Sca1+ a liniově negativních (B220–, Gr-1–, Mac-1–, CD4–,
CD5– a CD8–) buněk tvořících „mammosféry“ (podobně jako neurosféry obsahují
jak SCs, tak množství progenitorů a diferencovanějších typů buněk)
 kmenové buňky mléčných žlaz jsou schopné dát vznik prsní tkání
po transplantaci do vhodného prostředí z metastázujících prsních nádorů
byly izolovány buňky CD44+/CD24-, schopné tyto nádory vyvolávat
po následné transplantaci, oproti 100 násobnému množství ostatních buněk
izolovaných z takového nádoru
 pravděpodobně ne všechny CD44+/CD24- mají potenciál CSC
 CD44+/CD24- buňky nejsou také pravděpodobně odvozeny od MaSCs ale od TA
LT-LCR (long term label retaining cell), ST-LRC (short term LRC), ER – receptor pro estrogen
PR – receptor pro progeteron, CD24 – povrchový protein s GPI kotvou, CD44 (H-CAM)
Woodward, 2005
Nádory a fenotyp jejich kmenových buněk
Vaish, 2007
Fenotyp nádorových kmenových buněk a jejich zdravých ekvivalentů
Ponnusamy & Batra, 2008