- Hematopoéza je v současné době zřejmě nejlépe prostudovaná diferenciační dráha s nejdokonalejším fenotypovým rozlišením jednotlivých buněčných stádií buněk založeno na tzv. CD (cluster determinants) antigeny. - Jednotlivé diferenciační dráhy jsou často majoritně závislé na jediném cytokinu (kolonie stimulujícím faktoru – CSF; např. G-CSF, faktor stimulující tvorbu zejména granulocytů) - V průběhu ontogeneze je hematopoéza realizována jedinečným způsobem (časově a prostorově, viz. níže), což dobře umožňuje i studium rozdílů mezi embryonálními a adultními somatickými kmenovými buňkami. Každopádně již v průběhu embryonálního vývoje vznikají jisté typy populací ve smyslu „fakultativních kmenových buněk“ (některé tkáňové makrofágy, mikroglie, různé typy lymfocytů). -HSC vzniklé ve žloutkovém váčku také migrují do oblasti AGM a do jater, kde dávají vznik adultním HSC (Samokhvalov, 2007) HEMATOPOÉZA – HEMATOPOETICKÉ KMENOVÉ BUŇKY – HSC (hematopoietic stem cells) Hematopoetické kmenové buňky – HSCs (hematopoietic stem cells) (Hematopoéza) HSC http://figures.boundless.com/6620/full/ells-differentiation-chart.jpe Antigen expression during myeloid differentiation CD antigens Rozlišujeme: LT-HSC (long-term HSC) – schopné opakovaně kompletní obnovy hematopoézy (vyžadují osteoblasty), Kostní dřeň - <0.01% buněk ~ 98 % v G0 fázi buněčného cyklu ST-HSC (short-term HSC) – schopné jen krátkodobé obnovy hematopoézy (vyžadují endotelie – vaskulární niche) ~ 1- 3% proliferujících (aktuální X potencionální (proliferující) kmenová buňka) Harrison et al. (1979): transplantoval myším opakovaně identický štěp HSC déle jak 8 let - > výrazné překročení délky života myši!!! - > OPRAVDOVÉ ADULTNÍ KMENOVÉ BUŇKY! Dělení hematopoietických buněk Množství potomků regulujě intenzitu dělení mateřských buněk, hlavní úloha růstových faktorů. Figure2 Doba existence buněk v jednotlivých vývojových stádiích hematopoésy (Rychlost dělení není ukázána!) des_2005b hematopoiesis1 cellnew Ep – primitivní erytropoéza, MAC – primitivní makrofágy, BFU-E – (Burst-forming unit erytroidní) z fetálních jater, GM – granulocatární-makrofágová kolonie Příklad kolonií hematopoézy v in vitro experimentu Palis 1999 antigen HSC Myeloid SC Lymphoid SC CD10 (CALLA) - - + CD33 (Sialoadhesin) - + - CD34 (L-selectinR) + (-) + + CD38 (ecto-ADP-ribosyl cyclase) - - + CD90 (Thy1) + - + CD110 (Trombopoietin receptor) + + - CD111 (Nectin1) - + - CD112 (Nectin2) - + - CD117 (c-Kit, SCFR) + + + CD123 (a řetězec IL-3R) + + - CD124 (IL-4R/IL-13R) - - + CD127 (a řetězec IL-7R) - - + CDw131 (b řetězec IL-3R/IL-5/GM-CSF) - + - CD133 (Ac133) - + - CD135 (Flt3/Flk2) + - - CD173 (krevní skupina H typ 2) - + - CD174 (Lewis Y) - + - CD176 (Thomson-Friedrenreich antigen) - + - CD227 (MUC-1) - + - CD228 (Melanotrensferrin) - + + CD243 (MDR-1) + - - Fenotyp HSC (mouse) Schema hematopoézy a fenotyp aktuálních a potencionálních HSC - mouse weissman2 Extrinsic a intrinsic faktory regulující sebeobnovu adultních HSC (Akala & Clarke 2006) významnou úlohu hraje hypoxie a HIF! HSC mají vysokou hladinu HIF nezávisle na hypoxii! - úloha cytokinů SCF, IL-x? Bmi1 – polycomb group protein PTEN – inhibitor PI3k/Akt STAT5 – signalizace cytokinů Gfi-1 – transkripční faktor/represor p18, p21 – inhibitory cdk HoxB4 – transkripční faktor specifikující linii hematopoézy Ukázka heterogenity ve fenotypu jednotlivých buněk na základě exprese klíčových transkripčních faktorů zapojených v regulaci hematopoézy jako jsou Fli1, PU.1 a Myb. Fli1 - Fli-1 Proto-Oncogene, ETS Transcription Factor / Friend leukemia virus integration 1 leu200848f2 HSC niche LopezLarrea2-1color (CAR (Cxcl12-abundant reticular) cells ) nri1779-f3 Změna niche - ztráta kmenovosti = diferenciace - změna statusu – quiescence x proliferace Model významu angiopoetinu v regulaci sebeobnovy HSC Ang - angiopoetin Tie2 – receptor angiopoetinu (Arai F, 2004) Yin & Li 2006 Mobilizace HSC (přechod HSC do periferní krve) – působením G-CSF, SCF, IL-3, TPO G-CSF – granulocyte colony-stimulating factor, SCF – stem/steel cell factor, IL-3 – interleukin 3, TPO - trombopoetin sudafig1 sudafig2 Reaktivní kyslíkové metabolity (ROS – reactive oxygen species) regulují aktivitu HSC - zvýšení produkce ROS vede k indukci proliferace a opuštění niche => úbytek HSC => zvýšení intenzity hematopoiésy Podíl jednotlivých tkání na celkovém objemu hematopoézy mezi 11 – 13 dpc u myši Místo vzniku krevních ostrůvků (blood island) v průběhu embryogeneze u myši Pozn. Slezina je osídlena HSCs a hematopoetickými progenitory pravděpodobně z jater, protože v době objevení se hematopoézy ve slezině, v žloutkovém vaku a v aortě už hematopoéza neprobíhá a kostní dřeň dosud není vyvinuta. Původ HSC ft251_Page_3_Image_0001 Schema vývoje AGM (aorta-gonads-mesonephros) - začátek fetální hematopoézy Vznik krevních ostrůvků ve vznikajícím žloutkovém vaku mezi mezodermem a buňkami viscerálního entodermu Lokalizace, změna „niche“ u hematopoézy v průběhu ontogeneze ~7.5 dpc Hematopoéza v endotelu aorty (AGM), ~10.5 dpc Kostní dřeň, ~15 dpc S vývojem kostní dřeně se HSCs usazují v jejím stroma. MOUSE HSC HSC CFU-GM BFU-E CFU-E JÁTRA THYMUS pT pT pB pT pT, pB – lymfocytární progenitory CFU-GM – myeloidní progenitory BFU-E, CFU-E – erythroidní progenitory ~11 dpc Dzierzak 2008 Embryonální hematopoéza (mouse) Dzierzak 2008 Embryonální hematopoéza (mouse) Palis 1999 Embryonální x adultní HSC (mouse) CFC – colony-forming cell (progenitor), CFU – colony-forming unit Dzierzak 2008 Jang & Sharkis 2007 Rozdíly mezi embryonálními a adultními HSC Intenzivně proliferující HSC pomalu proliferující / quiescentní HSC Obnova embryonální Obnova adultní hematopoézy hematopoézy •Knockout pro RUNX1 u myší způsobuje embryonální letalitu E12,5. Embrya postrádají hematopoézu ve fetálních játrech. •RUNX1 důležitý pro vznik HSC z hematogenního endotelia Transkripční faktor RUNX1 a vývoj HSC hematopoéza/lymfopoéza (dny) člověk myš embryonální vývoj (dny) ~270 ~21 žloutkový vak 18 7.5 dorsální aorta 27 9.5 thymus 40 11 játra 42 11 slezina 48 13 kostní dřeň 77 15 cirkulace krevních buněk 24 8.5 Chronologie hematopoézy u člověka a myši Časování cest lidských HSC loadBinary Intenzita hematopoésy v průběhu embryogeneze u člověka http://classconnection.s3.amazonaws.com/943/flashcards/1747943/png/hematopoeisis1346108293379.png http://img.medscape.com/fullsize/migrated/472/097/cc472097.fig1.jpg