FIZJOLOGIA REGENERACJI. Czesc I

Transkrypt

1 FIZJOLOGIA REGENERACJI Czesc I

2 U progu 3-go tysiąclecia człowiek posiadł technologie, które do tej pory były przypisywane istotom najwyższym - energia jądrowa - klonowanie zarodków

3 Drzewo Oliwne

4 Płazy ogoniaste Salamandra blastema

5 Płazy ogoniaste Traszka

6 Ludzie zawsze marzyli o długowieczności, lecz.? - Ambrozja jest pokarmem bogów, a nie zwykłych ludzi, - Święty Graal nie został niestety odnaleziony

7 Fontanna młodości pozostaje nadal tylko fantazją artystów.. Łukasz Cranach (starszy) (1546 rok)

8 Wątroba Prometeusza

9 Dlaczego sie nie regenerujemy jak traszka? Regeneracja nowotwory? Inna filozofia ewolucji i przystosowania do srodowiska? Poziom regeneracji tkanek jest wystarczajacy?

10 Długowieczność - Starzenie Długowieczność = Regeneracja = Komórki Macierzyste Starzenie = Spadek regeneracji = Spadek liczby/czynności komórek macierzystych? Czy komórki macierzyste okażą się naszą ambrozją? Chcę ambrozji!!!

11 Cechy komórki macierzystej Samoodnawianie Stan uśpienia w cyklu komórkowym Zwiększona oporność na promieniowanie i cytostatyki Cechy morfologiczne (duze jądro, euchromatyna, wąski rąbek cytoplazmy)

12 NADZIEJE.

13 Dobra koncepcja Zły projekt

14 Regenerujemy się cały czas Nabłonek jelita 2 dni Naskórek 14 dni Krwinki czerwone 150 dni Krwinki białe 4-7 dni

15 Jeanne Louise Calment Tui Malila Rekordziści długowieczności: 1. Zółw 188 lat 2. Człowiek 122 lata 3. Jesiotr ~ 100 lat 4. Płetwal błękitny ~ 80 lat 5. Słoń afrykański 77 lat

16 Wykorzystanie komórek macierzystych Obecnie: KM Krwiotwórcze hematologia transplantacyjna KM Naskórka oparzenia KM Tkanki łącznej ubytki kostne Nowe potencjalne zastosowania kliniczne: Zawał mięśnia sercowego Udar mózgu Parkinsonizm Uszkodzenia rdzenia kręgowego Cukrzyca Miopatie Uszkodzenia wątroby

19 WIEDZA.

20 Komórka jajowa - zapłodnienie Komórka macierzysta (Zygota) Ponad 200 różnych rodzajów komórek

21 Dorosły ssak rozwija się z najwcześniejszej komórki macierzystej, jaką jest zapłodniona komórka jajowa (zygota). Obliczono, że z zapłodnionej zygoty po około 47 podziałach powstaje podczas rozwoju embrionalnego łącznie ~ komórek należących do 200 różnych rodzajów komórek tworzących tkanki i organy ciała człowieka.

22 Embriogeneza Zygota Morula Blastula (Blastocysta) Gastrula

23 Mysz

24 Migracja VSELs do roznych narządów podczas embriogenezy Zarodek Ektoderma pozazardokowa Wątroba płodowa Szpik kostny Pierwotna Endoderma EPIBLAST (pierwotna ektoderma) Kierunek migracji (gradient stężeń SDF-1) Komórki Oct-4 + pochodzące z epiblastu (VSELs, PGCs?)

25 Hierarchia komórek macierzystych (KM) Totipotencjalne KM (KMT) Dają początek zarówno ciału zarodka, jak i tkankom łożyska. W warunkach naturalnych totipotencjalnymi komórkami są zapłodniony oocyt (zygota) oraz pierwsze blastomery. W warunkach sztucznych totipotencję zachowuje odpowiednik zygoty tzw. klonota, powstały na skutek transferu jądra komórki somatycznej do oocytu (ang. nuclear transfer). Pluripotencjalne KM (PKM) Dają początek komórkom wszystkich trzech listków zarodkowych po przeszczepieniu do rozwijającej się blastocysty. Pluripotencjalnymi są komórki wewnętrznej masy blastocysty oraz epiblastu. Multipotencjalne KM (MKM) Dają początek komórkom jednego listka zarodkowego (mesodermy, ektodermy lub endodermy). Monopotencjalne KM lub ukierunkowane tkankowo komórki macierzyste (UTKM) Obejmują tzw. komórki ukierunkowane tkankowo, dające początek komórkom tylko jednej linii. Należą tu m.in. KM nabłonka jelit, krwiotwórcze KM, KM naskórka, KM nerwowe, KM wątroby oraz KM mięśni szkieletowych.

26 Komórka macierzysta Totipotencjalna - Pluripotencjalna - Multipotencjalna - Monopotencjalna - zarodek + łozysko trzy listki zarodkowe jeden listek zarodkowy tkanka Zygota Morula Blastula (Blastocysta) Gastrula

27 KM Monopotencjalne KM Totipotentcjalna KM Pluripotencjalne KM Multipotencjalne naskórek wątroba mięśnie krew uklad nerwowy inne Ukierunkowanie tkankowe (Commitment)

28 Pochodzenie tkanek z poszczegolnych listkow zarodkowych Ektoderma Mezoderma Mozg, zwoje nerwowe, nerwy obwodowe, oko, naskorek, przydatki skorne, komorki barwinkowe Uklad kwrwiotworczy i limfatyczny, srodblonki naczyn, miesnie szkieletowe, serce, tkanka tluszczowa, tkanka laczna (kosci, sciegna, chrzastka), miesniowka gladka, komorki nablonka cewek nerkowych Endoderma Watroba, trzustka, pluca, jelita, tarczyca

29 PODZIAŁ KM SYMETRYCZNY NIESYMETRYCZNY

30 Scenariusz A Scenariusz B VSEL SOMA SOMA Pluripotencjalne komórki macierzyste (VSELs?) Tkankowo specyficzne komorki macierzyste

31 Nisze Narządowe Komórek Macierzystych Szpik kostny Mięsnie szkieletowe Mięsien sercowy Mózg Wątroba Jelito Naskórek Nerka

32 Nisza Krwiotwórcza: Wyspecjalizowany obszar mikrośrodowiska potrzebny dla prawidłowego funkcjonowania KKM czyli jej samoodnowy lub rożnicowania. - Kostna - Naczyniowa Dopelniacz Hormony

33 Nisza KM w naskorku i krypcie jelitowej

34

35 Nisze KM w mozgu Sites of adult neurogenesis (rodent studies) compared with appropriate human brain regions. Neurogenesis has been confirmed in two regions of the adult brain: the subventricular zone (SVZ) of the anterior lateral ventricles (the site of origin for olfactory bulb neurons) and the dentate gyrus of the hippocampus (a brain region involved in learning and memory). In the SVZ, progenitor cells migrate to the olfactory bulb, where they differentiate into neurons. In the dentate gyrus, cells divide along the subgranular zone (also see the figure in the sidebar, below) and migrate into the granule cell layer before terminally differentiating into granule cells.

36 Nisze KM w watrobie

37 Czynniki regulujące migrację KM Chemokina - SDF-1 Czynnik wzrostowy HGF/SF SDF-1 HGF/SF CXCR4 c-met

38 OŚ CXCR4-SDF-1 SDF-1 CXCR4 Adhesion Fak Paxillin p130 CAS PI-3K AKT IkB NF-kB MEK MAPK p42/44 Jak, Tyk Phosphatases SHIP 1 SHIP 2 CD45 NF-kB Elk-1 STAT Efekty biologiczne

39 SDF-1 (stromal derived factor-1) - chemokina wiążąca się z receptorem CXCR4. - Myszy z knock-outem SDF-1 lub CXCR4 giną wewnątrzmacicznie i nie wytwarzają prawidłowego szpiku kostnego - SDF-1 jest głównym chemoatraktantem dla KKM CXCR4 + KKM CXCR4 + KKM Marrow colonization Transplantation

40 Chemotaksja do SDF-1 Komórki jednojądrzaste szpiku Chemotaksja do SDF-1 (-) SDF-1

41 Receptor CXCR4 jest markerem wszystkich KM CXCR4 ulega ekspresji na i) Komórkach macierzystych embrionalnych, ii) Pierwotnych komórkach płciowych CXCR4 + komorki satelitowe iii) KM ukierunkowanych tkankowo Krwiotwórczych KM Endotelialnych KM KM Mieśni szkieletowych KM Mieśni serca KM Nerwowych KM Wątrobowych KM nabłonka siatkówki KM nabłonka kanalików nerkowych etc A B Ratajczak et al. Stem Cells 2003; 21:

42 ETYKA.

43 Czy można mieć jedno i drugie jednocześnie? Potrzeba bezpiecznego i politycznie poprawnego źródła KM do regeneracji

44 ?

45

46 Nie doczekalem wykorzystania komorek embrionalnych w terapii a Ty? Ja bylem zarodkiem doswiadczalnym

47 Pluripotencjalna Komorka Macierzysta - Kryteria In vitro - Ekspresja markerow PKM (np. Oct-4, Nanog) - Roznicuje sie w komorki wszystkich trzech listkow zarodkowych In vivo - Komplementacja rozwoju blastocysty - Tworzy potworniaki

48 Test Komplementacji Blastocysty

49 Test Komplementacji Blastocysty Nienastrzyknieta blastocysta Nastrzyknieta blastocysta komorkami GFP + Green fluorescent protein (GFP) znajduje się w otoczce skórnej meduzy - Aequorea victoria. Swiatlo biale Swiatlo ultrafioletowe

50 Potworniak

51 Izolacja z zarodków Plemnik 1. Zapłodnienie Morula 2. Klonowanie terapeutyczne Komórka somatyczna + Oocyt Blastocysta Oocyt Zygota Klonota PLURIPOTENCJALNA KOMÓRKA MACIERZYSTA In vivo Komplementacja blastocysty In vitro Różnicowanie we wszystkie typy komórek

52 Klonowanie terapeutyczne

53 Blastocysta Klonowanie terapeutyczne

54 Zapłodnienie Klonowanie Zygota Klonota Klonota

55 Klonowanie reprodukcyjne

56 Klonowanie reprodukcyjne

57 Komórki pluripotencjalne izolowane z zarodków Komórki izolowane z zarodków tworzą w organizmie biorcy potworniaki Strategia budzi w naszym kręgu kulturowo-religijnym szereg kontrowersji Pojawiają się inne alternatywne strategie pozyskania komórek pluripotencjalnych

58 Komórki izolowane od dawców Transdukcja genami Izolacja z tkanek Oct-4, Nanog, c-myc, Klf-4 Komórka somatyczna Indukowana komórka pluripotencjalna (ips) PLURIPOTENCJALNE KOMÓRKI MACIERZYSTE VSEL In vivo Komplementacja blastocysty In vitro Różnicowanie we wszystkie typy komórek

59 Różne potencjalne źródła pluripotencjalnych komórek macierzystych (PKM). Ryzyko powstania potworniaków Problem niezgodności tkankowej Wymagany dawca komórki jajowej Zastrzeżenia natury etycznej PKM izolowane z bankowanych zarodków otrzymanych drogą zapłodnienia PKM izolowane z zarodków otrzymanych poprzez klonowanie terapeutyczne PKM izolowane z dorosłych tkanek PKM uzyskane w wyniku transformacji komórek somatycznych (indukowane PKM) + + -/? tak tak/nie* nie nie * Problem różnie postrzegany przez różne główne religie światowe. Szereg religii potencjalnie akceptuje klonowanie terapeutyczne (np. islam, buddyzm, judaizm) ale zdecydowana większość odrzuca klonowanie reprodukcyjne.

60 WIEDZA.

61 Oocyt + Plemnik Trofoektoderma Zygota Morula ICM Epiblast Trofoektoderma?? Mezoderma Ektoderma Endoderma Ratajczak et al. Leukemia 2007, 21, Pierwotne komórki gamet (PGC) Gamety Mezoderma Ektoderma Endoderma

62

63 Oocyt + Plemnik Trofoektoderma Zygota Morula ICM Epiblast Trofoektoderma Usuniecie imprintu?? Usuniecie imprintu Mezoderma Ektoderma Endoderma Ratajczak et al. Leukemia 2007, 21, Pierwotne komórki gamet (PGC) Gamety Mezoderma Ektoderma Endoderma

64 Podstawy molekularne zjawiska imprintu somatycznego u ssaków łożyskowych Wyrózniamy ~80 genów posiadajacych imprint które odgrywaja kluczowa role w embriogenezie/rozwoju (ulegajac ekspresji tylko na matczynym lub tylko na ojcowskim chromosomie) Ich ekspresja jest regulowana przez tzw. imprinting control regions (ICRs) lub tzw. methylated regions (DMRs), które sa metylowane (na CpG islands) na jednym z dwóch rodzicielskich aleli. W wiekszosci ICR, metylacja aleliczna dotyczy matczynego chromosomu (np. Igf2R). W kilku tylko przypadkach powstaje podczas spermatogenezy (np. Igf2-H19). Usunięcie imprintu somatycznego kontroluje proliferację pluripotencjalnych KM (np. pierwotnych komórek plciowych (PGC) oraz VSEL) i chroni przed powstawaniem potworniaków.

65 Primordial germ cells