Somatické kmenové buňky – SSCs
(Somatic stem cells)
- Podílejí se na regeneraci tkání, orgánů a homeostázi obecně
- Mnohé jsou minimálně multipotentní
- Kromě profesionálních SSC, existuje i několik fakultativních typů
- Případná pluripotence nebyla dosud prokázána
Jak vypadají, jaké mají vlastnosti a schopnosti ?
Mají adultní SSCs stejný potenciál jako embryonální SSCs?
Jsou všechny stejné, podobné, tkáňově specifické ?
Lze je kultivovat in vitro ?
Kde se nacházejí?
Jsou nesmrtelné?
„Existují?“
Původ SSC
Biologie SSC
kmenové buňky
(aktuální)
potenciální
kmenové buňky
přechodně se dělící
progenitory
funkční
terminálně
diferencované buňky
přechodně se dělící buňky – TA (transiently amplifying)
Odhad generačních cyklů od kmenové buňky po funkční / terminálně diferencovanou
buňku pro různé typy tkání u myši
NICHE a jak být profesionální kmenovou buňkou
Stejně jako je v současnosti obtížné fyzicky uchopit jednotlivou SSC je velice těžké
poznat, jak vypadá a jaké vlastnosti má prostředí, kde se SSCs nachází = niche.
Profesionální SSCs mají tzv. nezralý fenotyp, tj. připomínají buňky značně časných
vývojových stádií (z hlediska vývoje organismu / ontogeneze). Předpokládá se, že
v závislosti na potřebách organismu buď vůbec neproliferují nebo jen pomalu. Intenzivnější
proliferace se předpokládá v odpověď na poranění dané tkáně případně její jinou
nedostatečnost. Tato proliferace, v odpověď na poranění, je in vivo u některých tkání,
např. nervové, značně nedostatečná a tkáň má tak velice malou schopnost regenerace,
na rozdíl např. od epitelů. Pro mES je „niche“ feeder + LIF + nedefinované faktory séra
(BMP není plně dostatečné z dlouhodobého hlediska). Je to jediný „dokonalý“ niche který
umíme navodit v in vitro podmínkách, paradoxně u kmenových buněk, které přirozeně
neexistují. In vitro, však při vhodné manipulaci a za dodržení výše uvedených podmínek
mES představují nejhomogenější a ve vlastnostech i nejstálejší populaci kmenových buněk.
Zánik niche = zánik/diferenciace kmenové buňky. Opačný proces, navození niche (kdyby
jsme ho znali) kolem progenitoru nebo terminálně diferencované buňky nevede ke vzniku
buňky kmenové (analogicky k pokusům s ES a dalšími o SSCs „obohacenými“ populacemi
SSCs. Je to pravděpodobně v důsledku ireverzibilně (z pohledu možností extracelulárního
působení) změněných regulací „intrinsic“ faktorů, které si SSCs zachovávají z časných
vývojových stádií ontogeneze. Toto dokazují i pokusy s exogeními expresemi takových
faktorů v různých populacích dělících se buněk (viz. reprogramování buněk).
V současné době problém „niche“ pro kultivaci kmenových buněk in vitro
úspěšně řeší kultivace ve formě tzv. organoidů
Huch & Koo 2015
brain
kidney
liver
pancreas
Jak očekáváme, že profesionální SSCs vypadají
- Měly by exprimovat „stemness“ geny (které to ale jsou?), analogické geny s ES
buňkami nebývají tak silně exprimovány, jak to známe právě u ES buněk,
pravděpodobně tu hraje svou roli pluripotence ES buněk oproti multipotenci SSCs,
kdy tzv. „stemness“ geny ES buněk jsou spíše geny exprimované pluripotentními
buňkami obecně – vývojově specifické geny (viz předchozí přednášky).
=> Vývojově specifické geny a regulace (signální dráhy/epigenetika) = STEMNESS
- Předpokládáme, že mají vysokou hladinu inhibitorů cyklin-dependentních kináz
(p21waf1/cip1, p15INK4B, p16INK4A, p18INK4C) => pomalá proliferace / semi-quiescence.
Toto je velký rozdíl k ES buňkám, které jsou intenzivně proliferujícími, na rozdíl
od somatickým kmenovým buňkám v tkáních dospělého jedince.
- Z „extrinsic“ faktorů se předpokládá významná úloha drah TGFb rodiny, Wnt, Notch,
a gp130, v souvislosti s vlastnostmi „niche“ pak také signalizace přes kadheriny
a buněčné adhezivní molekuly (CAM – cell adhesion molecule) v jejichž signalizaci
jsou MAPKs, b-catenin, NFkB,…=> klíčová je rovnováha
- Jsou obecně odolné k toxinům (MDR - multidrug resistance proteins, ATP pumpy),
ale i k tvrdému záření (paprsky X, g-záření).
Existují geny kmenovosti,
tzv. „stemness geny“ ?
Vývojově specifické geny
=> potenciál buněk
Příslušné signální dráhy, specifický patern jejich aktivit
=> regulace diferenciace, proliferace, sebeobnovy
+
Pro určení kmenové buňky je klíčová
funkce/potenciál nad fenotypem!
Embryonální somatické kmenové buňky
- Během embryogeneze dávají vznik tkáním a orgánům
- Případná pluripotence nebyla dosud prokázána (NSC?!?)
- Lze je izolovat a množit in vitro (není vždy jasné jak dlouho)
- Pravděpodobně jsou schopné transdiferenciace (?)
- Tvoří solidní nádory (možná i teratomy?!?) po injikaci do imunitně
tolerantního organism? (všechny ??) – zdá se že ne!
- V časných stádiích vývoje intenzivně proliferují, tato proliferace s
vývojem ustává, adultní/dospělé jsou „spíše“ quiescentní
- Ačkoliv jsou embryonální somatické kmenové buňky v mnoha ohledech
podobné somatickým kmenovým buňkám z dospělého organismu
(mnohé znaky, podmínky kultivace a izolace), je již jasné, že stejné
nejsou.
ADULTNÍ x EMBRYONÁLNÍ
somatické kmenové buňky
- izolovány z různých tkání jako buňky schopné intenzivně vylučovat DNA vázající
fluorochrom Hoechst 33342, díky tzv. proteinu rezistence k farmakům = Abcg2
(BCRP – breast cancer resistence protein; rodina „multidrug resistance transporter
proteins“-MDR; obecně ABC (ATP binding cassette) transportery)
- později prokázán fenotyp Sca1+/lin+---), byly isolovány z mnoha typů tkání i z nádorových
(kostní dřeň, mléčné žlázy, plíce, svaly, srdce, játra, mozek, kůže, ....
a to jak u myši, potkana i člověka)
- Jsou detekovatelné i v některých nádorových buněčných liniích v kulturách in vitro
(C6 – gliom; IMR-32, JF – neuroblastom; a různých gastroitestinálních nádorových líniích)
Přes výše uvedené společné znaky SP buněk,
jsou tyto buňky tkáňově specifické
- SP svalů mají myogení (Sca1+/CD45-) a hematopoetický potenciál (Sca1+/CD45+)
- Hematopoetické SP jsou Sca1+/CD34+ nebo (?) CD34-
SP kůže jsou Sca1+/K14+/K19+
- SP z mozku, ale i pankreatu (!) jsou Sca1+/nestin+
- …..
Populace vedlejších buněk (SP - side population) = SP buňky
ABC transportéry – ABC transmembránové pumpy
(transmembránové transportéry obsahující ATP vázající doménu)
(ATP binding domain)
- v různé míře jsou přítomny v membránách většiny / všech buněk
(rostlin, živočichů, mikroorganismů)
- účastní se transmembránového transportu různých typů látek, zejména lipofilních
- jsou rozděleny do několika rodin (člověk má 48 známých ABC transportérů)
– ABCA, ABCB (MDR), ABCC (MRP, CFTR), ABCD (ALD), ABCE, ABCF a ABCG (BCRP)
- nefunkční ABC transportéry = poruchy metabolismu
- některé z nich mají velký význam v metabolismu / transportu farmak
Doménové uspořádání lidských ABC transportních proteinů.
Membránový model proteinů ABCB1 – celý transportér,
ABCG2 – poloviční transportér. NBD – nucleotide binding
domain, TMD – transmembrane domain (Sarkadi 2006).
Substrátová specifita
některých ABC transportérů
Raaijmakers a kol. 2007
Transportér Alternativní jméno Lékové substráty
ABCA2 Estramustin
ABCA3 Daunorubicin
ABCB1 MDR1/p-glykoprotein Anthracykliny, etoposid, imatinib
taxanes, mitoxantron, vinca alkaloidy
ABCB4 MDR2 Paclitaxel, vinblastin
ABCB5 Doxorubicin
ABCB11 BESP Paclitaxel
ABCC1 MRP1 Anthracykliny, etoposid, methotrexate
ABCC2 MRP2/cMOAT Cisplatin, doxorubicin, etoposid,
methotrexat, mitoxantron, vinca alkaloidy
ABCC3 MRP3 Cisplatin, doxorubicin, etoposid,
methotrexat, vinca alkaloidy
ABCC4 MRP4 Methotrexat, thiopuriny
ABCC5 MRP5 6-Mercaptopurin, 6-thioguanin
ABCC6 MRP6 Anthracykliny, etoposid, teniposid
ABCC10 MRP7 Docetaxel, paclicate, vinca alkaloid
ABCC11 MRP8 Purine and pyrimidine nucleotide analogy
Mitoxantron, methotrexate, topetocan,
ABCG2 BCRP/MXR SN-38, imatinib, flavopiridol, anthracycliny
ABC transportéry vylučující chemoterapeutické sloučeniny
Příklad detekce buněk s vysokou expresí
ABC transportérů. A549 – nádorová linie,
FTC – fumitremorgin C (inhibitor aktivity
ABC transportérů)
Model funkce ABC transportérů
Adultní multipotentní progenitorové buňky – MAPCs
(multipotent adult progenitor cells)
+
Velmi malé embryonálním buňkám podobné kmenové
buňky (very small embryonic-like stem cells -
VSELSC)
- „Jejich existence je velice
kontroverzní“
- propagátoři:
Catherine M. Verfaillie
+ M.Z. Ratajczak
- MAPCs byly poprvé izolovány z kostní dřeně, později i z mozku a svalů
- na rozdíl od ostatních SSC jsou to proliferující buňky s vysokou aktivitou telomerázy
- v kultuře lidských a krysích MAPCs nebyly nalezeny aneuploidie, u myší ano
(u myší časté i pro jiné buňky včetně ES???)
- v kultuře in vitro vyžadují „nízkou“ denzitu (m, r 500-1000 b./cm2; h 1500-3000 b./cm2)
- velmi náročná kultivace (fibronectin, EGF, PDGF, LIF, velké objemy pro obdržení
dostatečného množství buněk pro analýzu)
- in vitro dávají vznik řadě typů buněk včetně neurálních,
čistota diferencované kultury 70-80%
- in vivo, po injikaci do blastocysty tvoří chiméry (schopné narození )
s chimerismem 1-40%, avšak schopnost tvořit zárodečné buňky nebo celé embryo
(injikace do tetraploidního trofektodermu) nebyla prokázána
- netvoří teratomy
- není jasná jejich existence in vivo
- není známý specifický marker
antigen exprese blízké SC
MHC-I - MSC +++
CD44 (H-CAM) +/- různé buňky
CD105 (endoglin) - MSC +++
CD34 (L-selectinR) - HSC +++
CD45 (tyr. fosfatáza) - HSC +++
cKit (CD117, SCFR) - HSC +++
Thy1 (CD90/CDw90) + HSC +++
AC133h / Sca1*m + HSC +++
SSEA1 +m mES +++
Oct4 +m m+hES +++
Rex1 +m mES +++
Fenotyp MAPCs
negativní „-“, ne vždy negativní „+/-“, slabá „+“, mírná „++“, silná „+++“
*Sca1 – stem cell antigen, GPI (glykosylfosfoinositolovou) kotvou vázaný
protein v cytoplasmatické membráně zejména „velice časných“ progenitorů
40% chimerismus u myši s ROSA26* MAPCs
Jiang,2002
Stanovení b-galaktosidázové aktivity
na sagitárním řezu u normální myši (i)
a chimerické myši s ROSA26-MAPCs (j).
* ROSA26 myši exprimují ve všech buňkách
b-galaktosidázu (transgení myši - GMO)
mozek
koster. sval.
játra
ledviny
kůže
srdce
tenké střevo
slezina
SSC „mezodermálního“ původu
Hematopoetické kmenové buňky
(HSCs - hematopoietic stem cells)
krevní elementy, +buňky tkání mezodermálního původu,
snad i krevní elementy, asi ne buňky ledvin, +
HSCs (krev, ? jaterní buňky, kardiomyocyty, …?)
BMSSCs (chrupavka, kost, stroma kostní dřeně, vazivo,
?svaly, nervy,...?)
MAPCs / VSELSC (??? pluripotent ???)
Endoteliální kmenové buňky
Něco dalšího ?
Zdrojem adultních SSC mezodermálního původu je zejména kostní dřeň
dále pak další mezoderm. tkáně (chrupavka, tuková t. svalová t.,..)
Mezenchymální kmenové buňky
(MSCs - mesenchymal stem cells)
Mezenchymální kmenové buňky – MSCs (mesenchymal stem cells)
Kmenové buňky kostní dřeně – BMSSCs (bone marow stroma stem cells)
Kmenové buňky svalové tkáně, chrupavky, kosti, ….
Caplan, 2001
- MSC lze izolovat z mezenchymálních tkání (kostní dřeň, svaly, dermis, tuková tkáň,
chrupavky, kosti, ale i z krevního oběhu (zde se někdy označují jako pericyty),
zejména však z kostní dřeně (?).
- Přesný fenotyp není znám, pracuje se se směsnou populací buněk, která po indukci
příslušnými kombinacemi růstových faktorů je schopna dát vznik buňkám dané tkáně.
- Na rozdíl od MAPCs exprimují proteiny MHC-1, a byly připraveny protilátky (SH2, SH3
a SH4) se zvýšenou afinitou k MSCs.
- S věkem jich v organismu ubývá.
- Jsou komerčně dostupné, jejich aplikace v medicíně je ve fázi klinických zkoušek.
- Přes velkou snahu mnoha týmů, pluripotence nebo transdiferenciace v buňky jiného
zárodečného listu nebyla dosud dostatečně věrohodně potvrzena (neuro, kardio,..).
Kmenové buňky stroma kostní dřeně – BMSSCs (bone marrow stroma stem cells)
- nejasný fenotyp, ale snadno získatelné ve směsných populacích z kostní dřeně, jako
buňky adherující na plastik pro tkáňové kultury (na rozdíl od buněk hematopoetických
řad)
- potenciál: osteoblasty, chondrocyty, mesenchymální, fibroblasty, myocyty (srděční? Ne!)
- indukce in vitro kokultivací s cílovou tkání, kultivace v tkáňově specifických médiích
- fibroblastům podobné buňky (a) větší, a b) menší, zřejmě progenitory)
- MAPCs jsou někdy označovány jako podskupina (subset) BMSSCs
(pluri- x multipotentní???), celkově se ale překrývají s MSCs, obecně je možné,
že rozdíly mezi typy jsou dány spíše selekcí, způsobem izolace a nasměrováním
k některé diferenciační dráze, než skutečnými rozdíly in vivo.
- v závislosti na kultivačních podmínkách velmi rychle mění morfologii, což pravděpodobně
vedlo k podezření na jejich pluri-/multipotentní schopnosti (zejména vznik neurálních b.)
- velká schopnost fúzovat mezi sebou i s ostatními buňkami -> falešné výsledky
- vznik heterokaryonu, ale i polyploidie, vznik heterokaryonu prokázán
po transplantaci i in vivo.
Li T.-S. et al., 2012
CD29 – Integrin b1; CD31 – PECAM1; CD34 – mucisialin, receptor, adhese (hemato progenitor); CD45 – tyrosin fosfatasa (leukocyty);
CD90 – Thy1 (thymocyty); CD105 – Endoglin, ligand TGFb, adhese; CD117 – receptor pro SCF/c-kitL; CD133 – prominin (prognitory)
MSCs
TKÁNĚ
homeostáze
regenerace
BIOAKTIVNÍ
FAKTORY
imunosuprese
podpůrné/růstové faktory
(TROPHIC)
Mechanismus zapojení MSCs v regulaci homeostáze
Mechanismu nepřímého zapojení MSCs (a jejich derivátů?) do procesů regenerace
jako lokálního zdroje růstových faktorů
Caplan,2006
MSCs se aplikují v případě
- infarkt myokardu
- reparace tkáně menisku
- regenerace chrupavky
- Crohnova nemoc (imunosuprese)
Další zajímavé aplikace
- potlačení reakce štěpu proti
hostiteli
- Potlačení imunitní reakce při
transplantacích obecně
Stromální buňky kostní dřeně
potkana
V současné době nejsou plně objasněny vztahy/hierarchie mezi
MSCs – MAPCs – BMSSCs – (+ některé SP) a případně dalšími somatickými
kmenovými buňkami, stejně jako rozdílnost MSCs z různých tkání.
Je možné, že mnohé pozorované rozdíly jsou dány postupy izolace daných buněk,
jejich kultivací in vitro nebo případně i dalšími nedostatky v přípravě vzorků apod.
Kmenové buňky v pupečníkové krvi (v allantois)
7.5 dpc 12.5 dpc
Pupečníková krev obsahuje hematopoetické progenitory existující, jako pozůstatek
extraembryonálních krevních ostrůvků a endotelie. Díky tomu, jsou tyto buňky geneticky
shodné a fenotypově velice blízké vlastním krevním buňkám embrya a je možné je tak
snadno použít jako transplantační štěp pro z tohoto embrya vzniklého jedince. Jejich
množství lze navíc navýšit indukcí jejich proliferace koktejlem pro-hematopoetických
cytokinů.
V současnosti bylo publikováno, že pupečníková krev může být také zdrojem
mesenchymálních buněk, snad podobné MSCs i s jejich potencí. Tyto výsledky je však
třeba ještě důkladně ověřit.
- v embryogenezi somity –> myotom –> myocyt –> svalové vlákno
- v dospělosti MuSC -> satelitní buňky -> myocyt –> svalové vlákno
(kostní dřeň) (povrch svalového vlákna)
- (MuSC nejsou dosud přesně definované, náleží snad k užšímu výběru MSC?)
- in vivo je sval regenerován satelitními buňkami, majícími vlastnosti SC
- satelitní buňky se u myši objevují 17.5 dpc., s nástupem tvorby
sekundárních svalových fibril (13 dpc. objevení primárních sv. fibril)
Svalové SC – kmenové buňky kosterní svaloviny = MuSC, satelitní buňky
Původ satelitních buněk
Dále byly izolovány z adultního
kosterního svalu buňky CD34+/Sca1+ jako
kmenové buňky odvozené ze svalu
(MDSC – muscle derived stem cells)
Původ MuSC/satelitních buněk
Dynamika regenerace kosterního svalu
Mechanismus regenerace svalového vlákna
MuSC/satelitními buňkami (MSC)
MPC – myogení progenitor
Pax-7
M-cadherin
desmin
jádra
Morgan2003
Morgan2003
Shi2006
sarkolema □
bazální membrána ■
Shi2006
Satelitní buňky kosterní svaloviny
a
jejich úloha v regeneraci svalu
Morgan2003
Mechanismus regenerace svalového
vlákna satelitními buňkami.
Aktivace satelitních buněk (IGF 1,2, HGF,..)
Fůze satelitních buněk
Regenerace svalového vlákna
marker
Satelitní buňky
spící, časné?
(quiescentní)
Satelitní buňky spící
(quiescentní)
Satelitní buňky
aktivované
Pax-7 + + +++
cMet (HGFR) + + +
m-cadherin - + +
CD34 (L-selectinR) - + +
Myf-5 - + +
MyoD* - - +
* Overexprese MyoD u fibroblastů je diferencuje do myogeních buněk
Endotel
- jednovrstevný dlaždicovitý epitel tvořený endotelovými buňkami adherovanými
k bazální membráně
- tvoří výstelku cév případně cévy samotné (mikrokapiláry)
- v případě cév jsou z druhé strany bazální membrány buňky hladké svaloviny
a podle typu orgánu také množství pericytů (viz. mesenchym, podpůrné buňky),
pericyty jsou i v mikrokapilárách
- endotel je prostupný pro pericyty, monocyty/makrofágy, leukocyty a lymfocyty
- endotel je také významným zdrojem mnoha růstových faktorů, díky tomu hraje
významnou úlohu v homeostázi dané tkáně
- obnova endotelu probíhá z endotelových progenitorů (kmenových buněk?),
které jsou vmezeřeny mezi endoteliemi, případně plavou v krevním řečišti a jsou přítomny
v kostní dřeni.
- některé práce ukazují na společného předchůdse endotelií a HSCs
(CD31+/- – PECAM1 (Platelet endothelia cell adhesion molecule 1), CD34+, CD45+)
případně také na schopnost vzájemné transdiferenciace těchto dvou buněčných populací.
Adultní progenitory pro hematopoézu a endotelie byly isolovány z krve a kostní dřeně
s fenotypem CD34+, Flk-1+, AC133. Podobně bylo prokázán společný progenitor v průběhu
embryogeneze pro endotelie a buňky hladké svaloviny. Jestli takový progenitor existuje
i v dospělosti není dosud známo.
Expanse endotelu
Proliferace kardiomyocytů
Srdce, srdeční sval a jeho regenerace
Kardiomyocyty + Endotelie + specializované svalové buňky Hisova svazku
a Purkyňových vláken + SP apod.?? + vazivo (fibroblasty)?
Srdeční sval může mohutnět zejména hypertrofií svých buněk, ne jejich namnožením,
a tak možnosti autonomní regenerace po poškození jako je infarkt myokardu, ischemie
apod.., jsou značně omezené. Proto jsme se domnívali, že myokard neobsahuje
zásobu progenitorů k reparaci. Navíc se dělení pre-kardiomyocytů zastaví v průběhu
embryogeneze, stanou se senescentními a jejich počet se během života již za
normálních okolností zásadně nezvětšuje.
Některé recentní práce však ukazují, že i u srdce můžeme předpokládat jisté
regenerační schopnosti, a to díky zbytkovým progenitorům kardyomyocytů schopným
Proliferovat v odpověď na poškození (v současnosti ale nejasné = nebylo prokázáno!).
Je také poukazováno na schopnost regenerace srdce cirkulujícími progenitory,
jak ukazují sex-mix transplantace srdce. Analýza distribuce X chromosomu ukázala,
že se pravděpodobně nejedná o fůzi buněk, ale o diferenciaci progenitorů (SCs ?),
přesto jiné práce prokázali jen fúzi mezi buňkami.
1) MSCs, SP buňky, BMSSCs, MAPCs, se ¨v malém množství vyskytují i v krevním
řečisti. V návaznosti na požkození organismu, podle některých teorií, se počty těchto
buněk v krvi zvětšují.
2) „Signál poškozené tkáně“. Cirkulující (i např MSCs / BMSSCs) progenitorové
a kmenové buňky mají tendence (zřejmě podobně jako buňky imunitního systému)
akumulovat se v poškozené tkáni. Podstata tohoto signálu není přesně známa.
Zřejmě je však podobného charakteru jako známe z imunitních reakcí a z procesů
regenerace (chemoatraktanty – chemotaxe, pathotaxe)
3) Je podezření, že endotel může dávat vznik hematopoetickým progenitorům (viz.
např. hematopoéza v stěně dorsální aorty (AGM) embrya a extraembryonální prvotní krevní
ostrůvky průběhu embryonálního vývoje atd..
Tyto podpůrné buňky jsou pravděpodobně SP a c-kit+ buňky kostní drěně
(MSCs?)1), i po injikaci, se přednostně usazují např. v místě ohraničujícím infarkt2).
Mechanismus regenerace srdečního svalu není však spojen přímo s diferenciací
těchto zde se akumulujících buněk, ale je vyvolaný růstovými faktory, které tyto
buňky produkují (viz. MSCs) a tak stimulují buď samotné kardiomyocyty, nebo a to
spíše endotelové buňky vystýlající místní cévy. Endotel snad sám o sobě má
regenerační schopnosti pro některé tkáně3). Není však dosud jasné zda tento
regenerační (transdiferenciační ?) potenciál mají samotné endotelie nebo další typy
buněk nacházející se v přímém kontaktu s endotelem (SP buňky, MSCs?,
fibroblasty).
Skutečně existují kardiomyogenní progenitory nebo CardSC?
(Torella, et al., 2006)
CardSC – cardiomyogenic stem cell)
*V současnosti se předpokládá, že jde jen of sferoidy tvořené MSC/fibroblasty.
*
Progenitory „kmenové buňky“
z krevního oběhu (MSC ?) – jen podpora, ne regenerace!
Spící progenitory
Kardiomyocytů a CaSC – ne!
(Proliferace kardiomyocytů – spíše ne!)
Hypotetické možnosti regenerace srdečního svalu
Kmenové buňky myokardu – nová naděje
Arteficiální, sekundárný kmenové buňky odpovídající fenotypem buňkám
kardiogenního mezodermu
Yamashita 2016 (comment)
Schema kardiomyogeneze
?
Kardiomyogeneze
E3.5
Kostra - skelet
chrupavka (chondrocyty) + kost (osteoblasty a osteoklasty)
- vývoj končí v pubertě
klidová zóna
proliferační zóna
růstová zóna
MESODERM
MSC
HSC
chondrogeneze
chondrocyty
?
osteoblast
(mineralizující)
Osteocalcin
*Runx2 -/-, jen chrupavka
osteoklastENDOTEL
apoptóza
vaskularizace
osifikace
osteoblast
Runx2* -> Osx
Fos, DFos, Fra-1
-- ontogeneze
-- regenerace
?
?
klidová zóna
růstová zóna
chondrogeneze
chondrocyty
proliferační zóna
Fenotyp chondrocytů v průběhu jejich diferenciace
kolagen II
kolagen X
Sox9*
L-Sox5,Sox6
Runx2
Ihh
PTHrP
Fgfr3
* Sox9 aktivuje expresi kolagenů typu II, IX, XI
Sox9 -/-, nevznikají chondrocyty
tmavší = vyší exprese
Ihh – Indian hedgehog
PTHrP – od parathyroidního hormonu
odvozený peptid (PTH-related peptide)
Fgfr3 – receptor 3 pro FGFs
Ledviny
- velice malá schopnost regenerace
- složitý vývoj, různá regulace a odlišné typy buněk mezi pronefros,
mesonefros a metanefros
- multipotentní buňky, kultivovatelné in vitro a integrující se v různých
oblastech ledviny objeveny ve stěně renálních papil (Oliver 2004)
- klíčové geny pro vznik ledvin: lim1 (homeoboxový protein); transkripční faktory
Pax2, Pax8
- geny klíčové pro regulerní vývoj ledvin: Wnt4, BMP7; transkripční faktor
FoxD1, pod-1; PDFG/PDGFR
SSC „entodermálního“ původu
Játra a pankreas
Během embryogeneze vznikají játra a pankreat ze společného progenitoru/kmenové buňky.
Přítomnost takové buňky v dospělém organismu, však nebyla dosud prokázána.
Játra
a) vlastní jaterní buňky
hepatocyty (albunim), oválné buňky (vlastní jaterní kmenové buňky, c-kit,
SCF, Thy1, albumin / CK19), epiteliální buňky žlučovodu (CK19),
hvězdicovité buňky
b) další typy buněk v játrech
endotelie, krevni elementy, Kupferovy buňky, SP buňky,..
Jaterní tkáň běžně regeneruje proliferací vlastních hepatocytů (hepatotektomie),
případně proliferací a diferenciací oválných buněk (otravy, chemické požkození).
Jednotlivé typy buněk jsou preferovány podle typu požkození. Hlavní, proliferaci
indukující faktor je HGF (hepatocyte growth factor), na celkové regulaci
regenerace se pak podílejí i IL-6 (interleukin 6), TNFa (tumor necrosis factor a),
TGFa (transforming growth factor a), EGF (epidermal growth factor)
- regenerace jater HSCs: c-kit+++, Thy+--, Lin-, Sca1+ (fenotyp KTLS)
z kostní dřeně tvoří po transplantaci do jaterní tkáně, zdá se funkční hepatocyty
- regenerace jater MAPCs a BMSSCs: MAPCs se usazují v játrech (chiméry
i transpalntace) a i in vitro dávají vznik hepatocytů (?!). BMSSCs, se usazují v
játrech, ale zdá se, že zejména fůzují s tamními hepatocyty (časté karyotypy
při sex-mix transplantacích jsou XXXY a XXXXYY). Plná funkčnost těchto MAPCs
a BMSSCs derivátů však zatím nebyla prokázána.
Model zapojení se HSCs / hematopoetických progenitorů
v regeneraci jater
(není jasně prokázáno)
oc – regenerace z oválných buněk
nt – normální obnova jaterní tkáně
pt – obnova jaterní tkáně po odstranění její části
a) exokrinní buňky (trávicí enzymy) a epiteliální buňky tvořící kanálky
pro odvod těchto enzymů do dvanáctníku
b) endokrinní buňky a (glukagon), b (insulin), d (somatostatin) a pp-buňky
(pankreatický polypeptid)
- prekurzor pankreatu (embryonální) exprimuje transkripční faktor „pdx1“
- poslední studie ukazují, že b buňky (i ostatní?) se neobnovují z kmenových
(profesionálních) buněk, ale svou vlastní pomalou proliferací. Exprimují insulin,
Pax6, HNF3b,..
- endokrinní buňky mají velice podobný
vývojový program jako buňky neurální
(NeuroD, is11, Nkx2.2, Nkx6.2,...) rozdíl
je zejména v insulinu a pdx1
- epiteliální buňky kanálků se sebeobnovují
podobně také exokrinní buňky acinů
- buňky pankreatu mohou tvořit hepatocyty
u člověka spontálně (in vivo), u potkana
to lze navodit experimentálně, opačně
to nefunguje, avšak exogenní exprese
pdx1 v hepatocytech z nich dělá buňky
exprimující insulin se znaky exokrinních
buněk, podobné i u buněk embryonálního
epitelu střeva
Pankreas
b buňky