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) v mají všechny nádory benigní/maligní/ metastázující CSC? v ne všechny buňky izolované z nádorů jsou schopny dát nádorům vzniknout => CSC v in vitro jsou nádorové linie s SP buňkami (jejich SC ???) i bez SP buněk! v 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) v 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 ÞNejen 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 Ø Myeloidní leukémie (granulocyty, monocyty, erytrocyty, megakaryocyty) Ø 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 Ø schopné osídlit kostní dřeň příjemce Ø schopné indukovat AML Ø 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 Ø příčinou může být vznik Philadelphia chromosomu (fůze Bcr/Abl) Ø ALL SC (stejně jako CML) fenotyp CD34+CD38- Ø nadprodukce nezralých lymfoidních buněk Ø Chronická lymfoidní leukémie – CLL Ø nadprodukce B a T lymfoidních buněk Ø sebeobnova i u zralých buněk -> CLL SC jak z HCS tak z diferencujících typů Původ jednotlivých typů ü HSC nebo pre-B buňky => ALL ü z B buněk folikulárního pláště (follicular mantle B cells) => většina lymfomů + nepříznivá (unfavorable) CLL ü z B buněk germinálního centra => ne-Hodgkinovy lymfomy ü z paměťových B buněk => mnohočetný myelom, Hodgkinovy lymfomy, příznivá (favorable) CLL Jones&Armstrong, 2008 Fenotyp a geneze buněk lymfoidních leukémií Neurální CSC - NCSC v neurální CSCs vytvářejí (v kultuře) podobně jako NSCs sférické plovoucí útvary (= neurosféry) v v 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) v v 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 v v 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 PůVODU I. st. II. st. III. st. IV. st. a g r e s i v i t a obr 5.png I.st. : pilocytický astrocytom II.st. : difúzní astrocytom, oligodendrocytom Blízké fenotypy CSC neuroepiteliálních nadorů obr 6.png 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) v 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) v 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 v pravděpodobně ne všechny CD44+/CD24- mají potenciál CSC v 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