Buněčná diferenciace a struktura chromatinu
Buněčná diferenciace je proces při kterém buňky získávají  nový  fenotyp,  který je  spojen se specifickou buněčnou funkcí. Pro daný buněčný typ je charakteristická aktivace skupiny genů, které jsou zodpovědné za terminálni diferenciaci.
Epithelial cell
■      ■ C   v - I
Nerve cell
G2 phase
Muscle cel! ...
Differentiation'Proliferation
Quiescent cell
Cell Cycfe
Cell Differentiation Cell Growth
M phase
TIME
Gi(GQ) phase
Cell Growth and Differentiation
INTERPHASE
DNA/Histo-
ne synthesis
DNA SYNTHESIS
GAP2
D
I
i
N
M
I
0 S
1
S
e S e I
l|í|
0^
Cell Cycle
Role oF E2Fs
Growth Factors
M
Cyclin D1	
\CDK 4/6	
1-3
pRB
Scienc
for MS P<
licaes
erPoim
Cyclin CDK2
yE2F 1-3
PCNA. DHFR
Cyclin A.'E Pol a.....
a E2F 1-?0^
'din E CDK2
E2F1
Apoptosis
RB
p 107/13(0
'.MW
pKi-67
Andrea Harnicarovä
Enterocytic cell differentiation
Control
Sodium Butyrate
Enterocytic cell differentiation
Harničarová et al., 2005
6h 24 h 48 h 72 n
Cycli Dl (34 kDa)
Total protein level
C     NaBt     C     NaBt     C    NaBt     C NaBt
Flow Cytometry
CDllb
■a O
CONTROL
ATRA
V
10° 101
P 3
FLvHefeght
10
I
o O
("Tl ITT1|—TTTTTWl—H
10° 101
TTT»i    I  I 141*
102    103 104
FL1 -Height
		
	a	
f		•
		F
		
	I	a
HSA 8 and related structures
Harničarová et al., 2006
6h
24 h
48 h
72 h
m	>•	m		l^^l		
						
				^     é -j£		
c-Myc - (67kDa)
Total protein level
C   NaBt    C   NaBt    C   NaBt   C NaBt
Enterocytic Cell Differentiation
lEpithetium
I Figure I rest* crypt. Isurface
Submucosa
Smooth muscle
ature,Vol 434 (2005),www.nature.co
1. Differentiation of mouse emryonic cells (ES and EC)
0 zygote
/sperm        (Ocl4 positive)
division
Morula (0ct4 positive)
Embryoidní tělíska (EBs)
DiflerenliMed cel I ä (Oct4 negative)
Cultured ES cells (Oct4 positive)
Inner Cell Mass (ICM. Oct4 positive)
Trophoblasl (Oct4 negative)
Základ extra-emryonj
Blasiocvst tkání extraction
1CM cells (Oct4 positive)
hESCs
hESCs/RA
hES cell
HDES-9    HUES-1 MEFs
C  RAC RAC RA
MEF/OCT4
hEScell/OCT4
OCT3/4 (45 kDa)
Endo-A (50 kDa)
Total protein level
iBártová et al., Differentiation, 2008)
(Bártová et al., Developmental Dynamics, 2008)
00
ó
3ct4 / HSA 6 in hES cells
b
^ ■ t
Oct4 / HSA 6 in hES cells - RA differentiated
hESCs hESCs C RA
OCT3/4 (45 kDa)
OCT3/4 (45 kDa) prolonged exposure
C-myc/HSA8
in hES cells
S/G2
RA differentiated
hESCs hESCs C RA
c-MYC (67 kDa)
Total protein levels
H3K9me3
hESC / 2.p
hESC / RA
H3K9niť3 / DNA / HUES-l	
*	
	■ *  •  '> -■ ■     ^ v *    't/' f
í i	* ■                " »1
* *: > *	
HUES-9   HUES-1 MEFs
C  RA C RA C RA
OCT3/4 (45 kDa)
Endo-A (50 kDa)
Total protein level
18
20
H3K9me3 / DNA / HUES-9
*2 w
"J
1 Ml
MKľs liĽSCs r  U A  (   U A
H3K4niťJ
H3K9mc3 HJK9Ac
IJ3K27me3 JJ3K79mcl CĽNP-A
Tot ji I protein level
KESC hESC hKSt 2.p     20.p RA
23
1VIEF
hESC / 2.p
hESC / 20.p
hESC / RA
Inactivation of X chromosome in hESC
Izolace a namnožení buněk
Příprava buněčné suspenze,
INJIKACĚ
Vysetí buněk na polymerní matrix
Vznik tkáně in vitro
Pacient
IMPLANTACE
Schématické znázornění přístupů k buněčné terapii.
Buňky získané biopsií, diferenciací z ES nebo jiným způsobem se nechají narůst in vitro. Transplantace pak může být provedena pomocí injikace
suspenze buněk nebo implantací nové trojrozměrné tkáně na místo již odstraněné
nefunkční části orgánu.
Release of RXRf PML, PLZF, etc.
S
Roleaw at co-repre&sors.
ATRA
DIFFERENTIATION
°RAR -'APOPTOSIS
r
Restored retinoid signaling
+
Release effects pn
other pathway?
PWIL-RAftfi
/ i
PML- RAR alpha degradation
■
■ •
mm*
■ ■ n *
■ ■ p -p »
Up- regulation of RAR alpha
Nuclear Bodies reappeared with relocalization of PML and other NB proteins
it*-:
y * -
aas
—^ /í
Bone marrow
i
Lymphatic sy steří
0 runrmAsi
Eosinophil/ /\
-I-
I Metamyelocyte
Myelocyte
9 #
Band form i
Segmented form
I
Monocyte
R&righerpl blood
fcjp Degenerate form
Peripheral blood
tin. 1.0imk*gfU»d«rh, ifa*lr orfelm ™^ * i iln-^ni.niii? uj^n,
Morphology of human leukemic promyelocytic cell line HL60 and neutrophilic granulocyte
Topographic Types of Human Granulocytes
The C-myc Gene Nuclear Location
Changes in the expression of
selected genes
c-MYC (345 bp)
RBI (135 bp)
M   C    RA   GR M
c-myc
10"   -to'   102   103 10" FLl-He-fcjht
HL-SO control
in
to
0°     101     lO2    lO3 TO' FL1 -Heigh:
„ HUMAN GRANULOCYTES S -
10     10     iar-    10 10 FL1 -Height
10°    101    102    lO3 -to FLl-Height
The C-myc gene nuclear topography
in granulocytic nuclei
Centromeric silencing
Bone marrow
i
Lymphatic systfti
0 runrmAsi
Eosinophil/ /\
-I-
I Metamyelocyte
Myelocyte
9 #
Band form i
Segmented form
I
Monocyte
R&righerpl blood
fcjp Degenerate form
Peripheral blood
tit 1.0imk*gfU»d«rh, ifa*lr orfelm ™^ * i iln-^ni.niii? uj^n,
Beta-like globin gene cluster
Arrayed on chromosome 11, encodes one embryonic (e) and two fetal (Gy, Ay) and two adult (8, ß) globin chains. Expression of ß-like genes undergoes a developmental related switching mechanism: 8: expressed in early embryo fetal y: fetal life. 8, ß: adulthood.
Changes in ß-like gene expression acompany erythoid cell differentiation
Differentiation of human hemopoietic cells
into erythroid pathway
Differentiation of human hemopoietic cells into
megakaryocytes
BCR (red signals) and ABL genes (green signals)
28S rRNA 18S rRNA
D
B3A2
595 bp 544 bp 447 bp
305 bp 239 bp
6000 bp
500 bp
o o
H O
r
w i
H H O
O
C/)
Ö
3
n
ö
3
E
B3A2
B      RT-PCR (B3A2) 1    2     3     4    5 6
acetyl H3 (K9)
o o
H O
di-mH3 (K4)
n o
H
di-mH3 (K9)
n o
H O
r
	1 S
C           ß- actin	
	
447 bp
305 bp 239 bp
>
2 n
r
ON O
<J\ Ol
ON ON
Bártova et al., Figure 5
D
65kDa 45kDa
> as
Lamin B
Cleavage fragment
Total protein level
di-meH3 (K9)
Total protein level
>
W H O
■o
O
in
Bártova et al., Figure 7
ZAVER
Diferenciace je charakteristická nejenom specifickými změnami na úrovni morfologie buněk, ale významně se mění i struktura chromatinu. Tyto změny v genomu mají velký význam z hlediska aktivity genů a množství jejich proteinů. Tyto všechny uvedené buněčné faktory určují vznik daného buněčného typu.