Transkrypt

1 POSTÊPY BIOLOGII KOMÓRKI TOM NR 3 ( ) NEURALNE KOMÓRKI MACIERZYSTE 379 EPENDYMA I SUBEPENDYMA MÓZGU DOROS YCH SSAKÓW RÓD EM NEURALNYCH KOMÓREK MACIERZYSTYCH EPENDYMA AND SUBEPENDYMA OF ADULT MAMMALIAN BRAIN AS A SOURCE OF NEURAL STEM CELLS Katarzyna ROSZEK, Joanna CZARNECKA, Micha³ KOMOSZYÑSKI Zak³ad Biochemii, Instytut Biologii Ogólnej i Molekularnej, Uniwersytet Miko³aja Kopernika w Toruniu Streszczenie: Mózg doros³ych ssaków, w tym cz³owieka, zachowuje zdolnoœæ wytwarzania zarówno komórek glejowych, jak i neuronów w procesie neurogenezy. Jest on mo liwy dziêki obecnoœci neuralnych komórek macierzystych w tzw. strefach neurogennych. Intensywnoœæ procesu neurogenezy jest zdecydowanie najwy sza w obrêbie warstwy subependymalnej, bêd¹cej czêœci¹ strefy oko³okomorowej komór bocznych mózgu. Tak e komórki ependymalne, tworz¹ce zewnêtrzn¹ wyœció³kê komór bocznych, mog¹ ró nicowaæ siê w komórki uk³adu nerwowego. Komórki ependymalne (ependymocyty) powstaj¹ z gleju promienistego w okresie zarodkowym i wczesnym okresie postnatalnym. Ependymocyty doros³ych ssaków daj¹ pocz¹tek migruj¹cym komórkom, które ró nicuj¹ siê zarówno w astrocyty, jak i w neurony. Ponadto komórki ependymalne cechuje ekspresja markerów komórek neuroprogenitorowych, takich jak: Sox2 czy nestyna oraz CD133 markera komórek macierzystych tkanek doros³ych organizmów. Subependyma jest zró nicowan¹ stref¹ zbudowan¹ z kilku rodzajów komórek zlokalizowanych pod jednorodn¹ warstw¹ komórek ependymalnych. Liczne badania wskazuj¹, e subependymalne astrocyty, wykazuj¹ce ekspresjê glejowego kwaœnego bia³ka w³ókienkowego (GFAP), stanowi¹ populacjê komórek proliferuj¹cych i maj¹ cechy neuralnych komórek macierzystych. Strefa subependymalna stanowi niszê dla neuralnych komórek macierzystych, komórek prekursorowych (progenitorowych) neuronów i gleju oraz neuroblastów i glioblastów, czyli niedojrza³ych neuronów i komórek glejowych. Ependyma wraz z warstw¹ subependymaln¹ mog¹ wiêc byæ bogatym Ÿród³em neuralnych komórek macierzystych. Neuralne komórki macierzyste NSCs (neural stem cells) to pierwotne komórki cechuj¹ce siê nieograniczon¹ zdolnoœci¹ do samoodnawiania, a tak e ró nicowania w jedn¹ z trzech linii komórek uk³adu nerwowego, tj. neurony, oligodendrocyty i astrocyty. Hodowla in vitro neuralnych komórek macierzystych wyizolowanych z obszarów neurogenicznych mózgu ssaków mo liwa jest w dwóch systemach: w postaci hodowli jednowarstwowych (ang. monolayer system) oraz hodowli neurosfer. Neurosfery w hodowli in vitro s¹ sferycznymi lub elipsoidalnymi strukturami z³o onymi z kilkuset komórek w otoczce bogatej w sk³adniki macierzy zewn¹trzkomórkowej. Komórki neurosfer ró ni¹ siê wielkoœci¹, obecnoœci¹ ziarnistoœci w cytosolu, liczb¹ mitochondriów i mog¹ znajdowaæ siê w ró nych fazach cyklu komórkowego. Neurosfery to wysoce z³o one struktury biologiczne, w których w tym samym czasie zachodz¹ procesy fagocytozy, mitozy, apoptozy, a nawet nekrozy. Szacunki dotycz¹ce

2 380 K. ROSZEK, J. CZARNECKA, M. KOMOSZYÑSKI odsetka NSCs w neurosferach wskazuj¹, e jest ich zaledwie 0,16%. W warunkach fizjologicznych procesy proliferacji i ró nicowania neuralnych komórek macierzystych s¹ precyzyjnie regulowane przez ró norodne oddzia³ywania i systemy sygnalizacji w obrêbie niszy. W artykule omówiono jedynie najlepiej poznane cz¹steczki i szlaki sygna³owe. Odtworzenie zawi³ych zale noœci i pe³na charakterystyka czynników i szlaków sygna³owych tworz¹cych nisze dla NSCs jest ci¹gle wyzwaniem dla badaczy. Dopiero kompleksowe poznanie i zrozumienie tych z³o onych mechanizmów pozwoli na pe³n¹ kontrolê wzrostu i ró nicowania neuralnych komórek macierzystych w hodowlach in vitro. To z kolei umo liwi wykorzystanie NSCs do leczenia chorób neurodegeneracyjnych, m.in. choroby Alzheimera, choroby Parkinsona oraz urazów i udarów mózgu. S³owa kluczowe: ependyma, subependyma, neuralne komórki macierzyste, neurosfery, kontrola ró nicowania. Summary: The brain of adult animals, including humans, sustained the ability to create new glial cells and neurons. This process is called postnatal neurogenesis. It is possible owing to the presence of neuronal stem cells in the neurogenic zones. The subependymal layer, a part of periventricular zone, demonstrates the highest intensity of neurogenesis. Ependymal cells, forming the external lining of the lateral ventricles, can also effectively differentiate into cells of the nervous system. Ependymal cells (ependymocytes) originate from radial glia and are created during embrional and early postnatal development. Ependymocytes of adult mammalian brain form migrating cells differentiating into astrocytes and neurones. Ependymal cells express neuroprogenitor markers like Sox2 or nestin and adult stem cells marker CD133. Subependyma is layered below the uniform ependyma lining. It is formed of a few diverse types of cells. There are numerous data indicating that subependymal, GFAP-positive astrocytes proliferate intensively and they have the characteristics of neural stem cells. The subependymal zone is a niche for neural stem cells, neuronal and glial precursor (progenitor) cells, neuroblasts and glioblasts that are immature neurons and glia, respectively. Ependymal and subependymal zone emerges to be a rich source of neural stem cells. Neural stem cells (NSCs) are primary cells with the ability of self-renewal or differentiation into one of three types of nervous system cells: neurons, oligodendrocytes or astrocytes. NSCs isolated from neurogenic zones of adult mammalian brain can be cultured in vitro in two systems: as monolayer system or as culture of neurospheres. Neurospheres cultured in vitro are spherical or elipsoidal structures formed of hundreds of cells surrounded by an envelope rich in extracellular matrix components. The cells forming neurosphere differ in their size, presence of cytosolic granules, number of mitochondria, the phase of cell cycle. Neurospheres appear as complex biological structures in which events such as phagocytosis, mitosis, apoptosis and even necrosis occur at the same time. The amount of NSCs in neurospheres is estimated as about 0.16%. In physiological conditions proliferation and differentiation of neural stem cells are precisely regulated through different interactions and signalization systems within the niche. The attempt to recognize these complex interactions and to fully characterize all the factors and signaling systems is still a challenge for the researchers. In this article we describe only these molecules and pathways of signalization that are quite well characterized. Our understanding of the mechanisms regulating proliferation and differentiation of NSCs will allow to precisely control these processes in in vitro cultures. These findings will help to applicate NSCs in the therapy of neurodegenerative diseases like Alzheimer or Parkinson disease, brain injury and stroke. Keywords: ependyma, subependyma, neural stem cells, neurospheres, differentiation control. Wykaz skrótów: BDNF (brain-derived neurotrophic factor) czynnik neurotroficzny pochodzenia mózgowego, bfgf (basic fibroblast growth factor) zasadowy czynnik wzrostu fibroblastów, EGF (epidermal growth factor) naskórkowy czynnik wzrostu, GFAP glejowe kwaœne bia³ko w³ókienkowe, NGF (nerve growth factor) czynnik wzrostu nerwów, NSCs (neural stem cells) neuralne komórki macierzyste, PDGF (ang. platelet-derived growth factor) p³ytkopochodny czynnik wzrostu, PMR p³yn mózgowo-rdzeniowy, PVZ (periventricular zone) strefa oko³okomorowa, SEZ (subependymal zone) strefa subependymalna, SGZ (subgranular zone) strefa podziarnista.

3 NEURALNE KOMÓRKI MACIERZYSTE WPROWADZENIE Odkrycie obecnoœci neuralnych komórek macierzystych NSCs (ang. neural stem cells) w oœrodkowym uk³adzie nerwowym doros³ych ssaków, w tym cz³owieka [31, 32], radykalnie zmieni³o spojrzenie na zdolnoœci regeneracyjne tkanki nerwowej. Mózg doros³ego osobnika zachowuje zdolnoœæ wytwarzania zarówno komórek glejowych, jak i neuronów w procesie neurogenezy. Proces ten jest mo liwy dziêki obecnoœci neuralnych komórek macierzystych w tzw. strefach neurogennych mózgu. Podstawowym miejscem neurogenezy w yciu doros³ym s¹ dwie strefy: strefa oko³okomorowa PVZ (ang. periventricular zone) komór bocznych mózgu oraz strefa podziarnista SGZ (ang. subgranular zone) zawoju zêbatego hipokampa [5, 19, 22]. W wyniku ró nicowania NSCs powstaj¹ dojrza³e neurony lub komórki gleju, które bior¹ udzia³ w uzupe³nianiu i zastêpowaniu uszkodzonych komórek. Intensywnoœæ procesu neurogenezy jest zdecydowanie najwy sza w obrêbie warstwy subependymalnej SEZ (ang. subependymal zone) bêd¹cej czêœci¹ strefy oko³okomorowej komór bocznych [6, 20]. Liczne badania wskazuj¹, e subependymalne astrocyty, wykazuj¹ce ekspresjê glejowego kwaœnego bia³ka w³ókienkowego (GFAP), stanowi¹ populacjê komórek proliferuj¹cych i maj¹ cechy neuralnych komórek macierzystych [13, 20, 41]. W mózgu doros³ych gryzoni aktywnoœæ mitotyczn¹ zachowuj¹ zarówno komórki strefy subependymalnej, jak i ependymalnej. Komórki strefy ependymalnej, tworz¹ce zewnêtrzn¹ wyœció³kê komory bocznej mózgu, mog¹ ró nicowaæ siê w komórki glejowe lub neurony [16, 31, 39]. Powy sze dane wskazuj¹, e ependyma wraz z warstw¹ subependymaln¹ otaczaj¹ce przestrzenie komór bocznych uk³adu komorowego mózgu, odgrywaj¹ istotn¹ rolê w doros³ym organizmie i mog¹ byæ bogatym Ÿród³em neuralnych komórek macierzystych. 2. UK AD KOMOROWY MÓZGU Uk³ad komorowy mózgu ssaków jest miejscem produkcji i kr¹ enia p³ynu mózgowordzeniowego (PMR). Stanowi zbiór czterech przestrzeni zwanych komorami zlokalizowanych wewn¹trz mózgowia. Wyró nia siê dwie komory boczne, komorê trzeci¹ i komorê czwart¹. Œciany komór, podobnie jak œciany wodoci¹gu mózgu i kana³u œrodkowego rdzenia krêgowego, s¹ wyœcielone warstw¹ komórek nab³onkowych ependym¹ [42]. Ependyma i znajduj¹ca siê pod ni¹ warstwa subependymalna stanowi¹ barierê, zapewniaj¹c¹ selektywn¹ wymianê substancji pomiêdzy tkank¹ nerwow¹ a p³ynem mózgowo-rdzeniowym. Ponadto, ependyma wraz z subependym¹ tworz¹ strefê neurogenn¹ mózgu, aktywn¹ zarówno podczas rozwoju zarodkowego, jak i u doros³ych osobników, przy czym intensywnoœæ neurogenezy maleje wraz z wiekiem [5]. Charakterystyka i funkcje komórek ependymy Wyœció³ka uk³adu komorowego i œrodkowego kana³u rdzenia krêgowego jest rodzajem tkanki glejowej w formie nab³onka. Komórki ependymalne (ependymocyty) wystêpuj¹ g³ównie w postaci jednej warstwy, o zró nicowanej wysokoœci. Kontury

4 382 K. ROSZEK, J. CZARNECKA, M. KOMOSZYÑSKI komórek zarysowane s¹ przez wyraÿne b³ony komórkowe [17]. W sk³ad nab³onka wchodz¹ dwa morfologicznie ró ne typy komórek: 1) Komórki szeœcienne o centralnie po³o onym, kulistym j¹drze, które stanowi¹ typow¹ ependymê. Od strony œwiat³a komór komórki ependymy pokryte s¹ wydatnymi rzêskami, zas³aniaj¹cymi obecne na powierzchni komórek mikrokosmki [17, 30]. 2) Wyd³u one komórki tanycyty, które maj¹ u podstawy wypustki kieruj¹ce siê ku warstwie subependymalnej. Cia³o tanycytów jest wyd³u one, j¹dra komórkowe s¹ owalne. W obszarach oko³okomorowych mózgu tanycyty s¹ wyspecjalizowanymi komórkami ependymy, kontaktuj¹cymi siê z komórkami nerwowymi i naczyniami w³osowatymi [30]. Ependymocyty uczestnicz¹ w transporcie substancji z p³ynu mózgowo-rdzeniowego do mózgu oraz produktów metabolizmu tkankowego w przeciwnym kierunku, a tak e bior¹ udzia³ w kszta³towaniu bariery PMR mózg [17]. Rzêski obecne na powierzchni komórek wymuszaj¹ kr¹ enie p³ynu mózgowo-rdzeniowego. Komórki ependymy powstaj¹ z gleju promienistego w okresie zarodkowym i wczesnym okresie postnatalnym. W póÿniejszym okresie rozwoju, jako komórki zró nicowane s¹ ju mitotycznie nieaktywne [51]. Ta ich cecha sugeruje, e nie mog¹ funkcjonowaæ jako neuralne komórki macierzyste w doros³ym organizmie. Jednak e istniej¹ te wyniki badañ wskazuj¹ce na udzia³ ependymocytów w neurogenezie doros³ych organizmów. Wyniki badañ Johanssona i wsp. [31] dowodz¹, e ependymocyty doros³ych ssaków daj¹ pocz¹tek migruj¹cym komórkom, które ró nicuj¹ siê w astrocyty i neurony. Ponadto, komórki ependymy cechuje ekspresja markerów komórek neuroprogenitorowych, takich jak: Sox2 czy nestyna oraz CD133 markera komórek macierzystych tkanek doros³ych organizmów [16, 39]. Aby potwierdziæ zdolnoœæ ependymocytów CD133 + do ró nicowania in vivo, Coskun i wsp. dokonali transplantacji komórek CD133 + do mózgu myszy. W wyniku tych doœwiadczeñ komórki ependymalne CD133 + tworzy³y komórki progenitorowe, daj¹ce pocz¹tek neuronom [16]. Przypuszczalnie, komórki ependymalne lub ich prekursory wykazuj¹ potencja³ neurogeniczny w okreœlonych warunkach, np. szoku spowodowanego uszkodzeniem lub izolacj¹ komórek do hodowli in vitro [6]. U gryzoni poddanych ogniskowemu niedotlenieniu zarówno komórki ependymy, jak i komórki splotu naczyniówkowego bior¹ aktywny udzia³ w tworzeniu nowych neuronów i astrocytów. Nastêpuje proliferacja pojedynczej warstwy komórek do kilku warstw. Ependymocyty splotu naczyniówkowego, mimo funkcjonalnej specjalizacji, proliferuj¹ w odpowiedzi na uszkodzenie warstwy ependymy, co sugeruje, e mog¹ wykazywaæ cechy komórek macierzystych [12]. Nie jest jasne, czy za proliferacjê i regeneracjê odpowiadaj¹ wszystkie komórki strefy ependymalnej. Czêsto wysuwana jest hipoteza, e komórki ependymalne i neuralne komórki macierzyste s¹ zlokalizowane w obrêbie tej samej niszy i ich funkcje s¹ powi¹zane [24]. Charakterystyka i funkcje komórek subependymy Subependyma stanowi zró nicowan¹ warstwê kilku rodzajów komórek zlokalizowanych pod jednorodn¹ warstw¹ komórek ependymalnych. Badania ultrastrukturalne

5 NEURALNE KOMÓRKI MACIERZYSTE 383 Quinones-Hinojosa i wsp. [42] wykaza³y obecnoœæ czterech odrêbnych stref w œcianie komory bocznej mózgu cz³owieka: najbardziej zewnêtrzna monowarstwa komórek ependymalnych oddzielona jest przestrzeni¹ ubogokomórkow¹ (ang. hypocellular gap) od warstwy astrocytów i po³o onej poni ej strefy przejœciowej. Obecnoœæ ubogokomórkowej przestrzeni zosta³a dotychczas stwierdzona jedynie w mózgu cz³owieka i byd³a domowego [6]. Przestrzeñ ta zawiera nieliczne neurony i astrocyty. Tu pod ni¹ znajduje siê warstwa GFAP-pozytywnych astrocytów, które dziêki wypustkom mog¹ kontaktowaæ siê z komórkami ependymy [46]. Strefa subependymalna, a w szczególnoœci warstwa astrocytów, stanowi niszê dla neuralnych komórek macierzystych, komórek prekursorowych (progenitorowych) neuronów i gleju oraz neuroblastów i glioblastów, czyli niedojrza³ych neuronów i komórek glejowych [41]. Neuroblasty powstaj¹ce w wyniku ró nicowania NSCs migruj¹ do opuszek wêchowych, gdzie zostaj¹ w³¹czone w pulê istniej¹cych ju interneuronów. Migracja neuroblastów modulowana jest przez przep³yw bia³kowych czynników, kr¹ ¹cych w p³ynie mózgowo-rdzeniowym dziêki ruchom rzêsek ependymocytów [47]. 3. NEURALNE KOMÓRKI MACIERZYSTE Identyfikacja neuralnych komórek macierzystych Neuralne komórki macierzyste NSCs (neural stem cells) to pierwotne komórki cechuj¹ce siê nieograniczon¹ zdolnoœci¹ do samoodnawiania, a tak e ró nicowania w jedn¹ z trzech linii komórek uk³adu nerwowego, tj. neurony, oligodendrocyty i astrocyty [3, 6, 12]. Identyfikacja neuralnych komórek macierzystych jest trudnym zadaniem z kilku przyczyn. NSCs stanowi¹ niewielk¹ populacjê w mózgu doros³ych osobników i adne markery molekularne, w³¹czaj¹c CD133 i GFAP, nie mog¹ jednoznacznie zidentyfikowaæ NSCs, szczególnie w warunkach in situ. Ponadto komórki macierzyste powinny mieæ zdolnoœæ do samoodnowy i pluripotencjalnoœæ, co ogranicza ich identyfikacjê do badañ w hodowli in vitro [3, 53]. Heterogennoœæ populacji NSCs wyra a siê miêdzy innymi w ró norodnych profilach ekspresji bia³ek, a to powoduje, e nie ma jednego uniwersalnego antygenu powierzchniowego dla precyzyjnej identyfikacji tych komórek [4, 53]. Tym niemniej, istnieje pewien zestaw markerów stosowanych do identyfikacji, izolacji i oczyszczania neuralnych komórek macierzystych czy komórek progenitorowych. Dostêpne dane literaturowe dotycz¹ce bia³ek markerowych zebrano w tabeli 1. Izolacja i hodowla NSCs in vitro Hodowla in vitro neuralnych komórek macierzystych wyizolowanych z obszarów neurogennych mózgu ssaków mo liwa jest w dwóch systemach: w postaci hodowli jednowarstwowych (ang. monolayer system) oraz hodowli neurosfer (ang. neurosphere system).

6 384 K. ROSZEK, J. CZARNECKA, M. KOMOSZYÑSKI TABELA 1. Markery NSCs i komórek progenitorowych [wg 6, 52, 53, zmodyfikowane] TABLE 1. Markers of NSCs and progenitor cells [modified from 6, 52, 53] Marker GFAP CD133 Nestyna Sox-1, Notch-1 Gli-1 Musashi-1 PDGF-R FGF-R Sox-2 W³aœciwoœci Literatur a U lega ekspresji w astrocytach SEZ i SGZ gryzoni, naczelnych i cz³owiek a [20] Jest to modyfikowane glikolitycznie bia³ko prominina-1. W ependymocytac h umiejscawia siê w wypustkach ich b³ony komórkowej. Wystêpuje w licznych komórkach progenitorowych, a tak e nowotworowych Marker komórek neuroprogenitorowych macierzystych (ependymy) Czynniki transkrypcyjne zaanga owane w neurogenezê, neuroprogenitorowe w stanie niezró nicowanym Bia³ko receptorowe, i neuroblastach oraz neuroepitelialnych komórek utrzymuj¹ komórki ulega ekspresji w astrocytach SEZ, ependymocytac h Czynnik transkrypcyjny, niezbêdny w funkcjonowaniu szlaku ekspresji w astrocytach i komórkach neuroprogenitorowych Shh, ulega Bia³ko wi¹ ¹ce siê z mrna, zaanga owane w regulacjê sygnalizacj i na szlaku Notch, obecne w komórkach neuroprogenitorowych Receptory czynników wzrostowych promuj¹cych proliferacjê NSCs, obecnoœæ receptorów wykazano w wielu wczesnych komórkach neuroprogenitorowych Dotychczas w literaturze opisane zosta³y procedury jednowarstwowych hodowli neuralnych komórek macierzystych izolowanych z tkanek embrionalnych. Hodowle jednowarstwowe s¹ zak³adane z zawiesiny komórek b¹dÿ z eksplantu tkanki nerwowej, które umieszcza siê na pod³o u pokrytym substratem. Substratami skutecznie zwiêkszaj¹cymi stopieñ adhezji komórek do pod³o a s¹ przyk³adowo fibronektyna, poliornityna, kolagen, elatyna, laminina [15]. W porównaniu z hodowl¹ neurosfer, hodowle jednowarstwowe s¹ bardziej homogenne. Zalet¹ adherentnych hodowli w postaci monowarstwy jest te lepsza ekspozycja komórek na sygna³y œrodowiska hodowlanego. Byæ mo e dlatego wydajnoœæ ró nicowania NSCs w kierunku komórek nerwowych w warunkach in vitro zwiêksza siê z 5% w przypadku hodowli neurosfer do ponad 40% w hodowli jednowarstwowej [15]. Historycznie starszym systemem hodowli NSCs jest hodowla neurosfer. Metoda opisana po raz pierwszy przez Reynoldsa i Weissa [44] polega³a na hodowli fragmentu tkanki mózgowej doros³ej myszy w naczyniu hodowlanym niepokrytym substratem. Po ywka hodowlana bez dodatku surowicy zawiera³a wysokie stê enie, 20 ng/ml, naskórkowego czynnika wzrostu (EGF), który pobudza³ proliferacjê wy³¹cznie komórek prezentuj¹cych na powierzchni receptor EGF. Po kilku dniach hodowli wiêkszoœæ komórek obumiera³a, natomiast pozosta³e ywe komórki tworzy³y swobodnie unosz¹ce siê kuliste agregaty, tzw. neurosfery. Proliferuj¹ce niezró ni-cowane komórki neurosfer cechowa³a ekspresja nestyny. Neurosfery te indukowano do ró nicowania, co skutkowa³o tworzeniem komórek morfologicznie i antygenowo odpowiadaj¹cych neuronom i astrocytom [44]. Tworzenie neurosfer zaobserwowano w przypadku zak³adania hodowli zarówno z mózgu doros³ych zwierz¹t, jak i z tkanek embrionalnych [3]. [16] [26] [9] [27] [40] [48] [36]

7 NEURALNE KOMÓRKI MACIERZYSTE 385 Neurosfery w hodowli in vitro s¹ sferycznymi lub elipsoidalnymi strukturami z³o onymi z kilkuset komórek w otoczce bogatej w sk³adniki macierzy zewn¹trzkomórkowej. Komórki neurosfer ró ni¹ siê wielkoœci¹, obecnoœci¹ lub brakiem ziarnistoœci w cytosolu, liczb¹ mitochondriów, mog¹ znajdowaæ siê w ró nych fazach cyklu komórkowego [8]. Komórki te wykazuj¹ ekspresjê receptorów EGF, FGF, TGF-a, TGF-b, nestyny, GFAP, b-iii tubuliny i specyficznego dla neuronów bia³ka NeuN [3]. Tak szerokie spektrum antygenów dowodzi wysokiej heterogennoœci neurosfer. Struktury te stanowi¹ agregaty w³aœciwych NSCs, komórek neuroprogenitorowych na ró nym etapie ró nicowania oraz dojrza³ych neuronów i komórek gleju. Neurosfery to wysoce z³o one struktury biologiczne, w których w tym samym czasie zachodz¹ procesy fagocytozy, mitozy, apoptozy, a nawet nekrozy [8]. Szacunki dotycz¹ce odsetka NSCs w neurosferach wskazuj¹, e jest ich zaledwie 0,16% [43]. Równie same neurosfery ró ni¹ siê miêdzy sob¹ wielkoœci¹ i morfologi¹ (ryc. 1). Mog¹ byæ nieregularnego kszta³tu z wystaj¹cymi drobnymi wyrostkami przypominaj¹cymi rzêski lub regularnie kuliste. Niektóre neurosfery wykszta³caj¹ wyraÿne pseudopodia, dziêki którym mog¹ czasowo ulegaæ adhezji do pod³o a, a nastêpnie spontanicznie odrywaj¹ siê od dna [8]. RYCINA 1. Neurosfery z mózgu doros³ej œwini w hodowli in vitro (badania w³asne) FIGURE 1. Neurospheres from adult pig brain cultured in vitro Metoda hodowli neurosfer, mimo swoich ograniczeñ, stanowi cenne narzêdzie w badaniach nad biologi¹ komórek macierzystych uk³adu nerwowego. Uzyskane ze skrawka tkanki nerwowej i rozproszone komórki umieszcza siê w po ywce pozbawionej surowicy, z dodatkiem czynników wzrostu: EGF w stê eniu 20 ng/ml i bfgf w stê eniu 10 ng/ml. W tych warunkach prze ywaj¹ jedynie komórki wra liwe na mitogeny, po 6 8 dniach hodowli komórki te tworz¹ neurosfery [18]. Pierwotne neurosfery mo na pasa owaæ, kiedy osi¹gn¹ œrednicê oko³o mm. Komórki neurosfer pierwotnych, rozproszone enzymatycznie (za pomoc¹ 0,05% trypsyny), po oko³o 7 dobach od pasa u tworz¹ neurosfery wtórne. Zdolnoœæ tworzenia wielu kolejnych pokoleñ neurosfer jest dowodem na obecnoœæ NSCs zdolnych do ci¹g³ego samoodnawiania [18, 43].

8 386 K. ROSZEK, J. CZARNECKA, M. KOMOSZYÑSKI Chiasson i wsp. potwierdzili obecnoœæ neuralnych komórek macierzystych w warstwie ependymy, jak i subependymy [13]. Jednak zdolnoœæ tych komórek do tworzenia in vitro neurosfer pierwotnych i wtórnych jest ró na. Komórki pochodzenia ependymalnego z ³atwoœci¹ proliferuj¹ i tworz¹ neurosfery pierwotne niezale nie od obecnoœci w po ywce hodowlanej EGF i bfgf, natomiast po enzymatycznej dysocjacji nie tworz¹ neurosfer wtórnych. Neurosfery pierwotne s¹ niewielkie poni ej 0,1 mm œrednicy. Umieszczone w warunkach ró nicuj¹cych daj¹ pocz¹tek wy³¹cznie komórkom GFAP-pozytywnym. Natomiast populacja NSCs pochodzenia subependymalnego wykazuje wiêksz¹ zdolnoœæ do samoodnawiania, tworzenia neurosfer pierwotnych i wtórnych, jednak warunkiem niezbêdnym jest obecnoœæ w œrodowisku hodowlanym mitogenów EGF lub bfgf. Neurosfery pierwotne pochodzenia subependymalnego maj¹ co najmniej kilkakrotnie wiêksz¹ œrednicê (od 0,5 do 1 mm) w porównaniu z neurosferami pierwotnymi z komórek ependymalnych. W warunkach ró nicuj¹cych z NSCs pochodzenia subependymalnego tworz¹ siê zarówno komórki GFAP +, jak i neurony [13]. Kontrola proliferacji i ró nicowania NSCs W tkankach doros³ego organizmu komórki macierzyste s¹ umiejscowione w tzw. niszach, czyli regionach macierzy zewn¹trzkomórkowej. Znacz¹c¹ rolê w kontroli proliferacji i ró nicowania komórek macierzystych odgrywa obecnoœæ w obrêbie niszy zarówno dojrza³ych komórek i wydzielanych przez nie czynników wzrostu, jak i bia³ek macierzy zewn¹trzkomórkowej. W kontrolê proliferacji i ró nicowania neuralnych komórek macierzystych in vivo zaanga owane s¹ liczne szlaki sygna³owe. Ich wspó³dzia³anie determinuje losy NSCs, reguluj¹c tempo proliferacji i samoodnawiania lub kierunek ró nicowania [6] (ryc. 2). Próba odtworzenia zawi³ych zale noœci i pe³nego scharakteryzowania czynników i szlaków sygna³owych tworz¹cych nisze dla NSCs jest ci¹gle wyzwaniem dla badaczy. Najlepiej poznane cz¹steczki i szlaki sygna³owe opisano poni ej. EGF naskórkowy czynnik wzrostu (ang. epidermal growth factor) to klasyczny mitogen stosowany w hodowli NSCs [43, 44]. Zwiêksza tempo proliferacji niezró nicowanych komórek zarówno in vitro, jak i in vivo. Jego dzia³anie in vivo jest jednak szersze EGF znacz¹co indukuje powstawanie GFAP-pozytywnych komórek astrogleju i ich migracjê z SEZ do s¹siaduj¹cych stref mózgu. Odbywa siê to kosztem ograniczenia ró nicowania w kierunku neuronów i zmniejszenia ruchliwoœci neuroblastów [33]. bfgf zasadowy czynnik wzrostu fibroblastów (ang. basic fibroblast growth factor) w warunkach in vitro zwiêksza tempo proliferacji niezró nicowanych komórek, podczas gdy usuniêcie tego czynnika indukuje neurogenezê [3, 43]. Infuzja bfgf do komór bocznych mózgu gryzoni powoduje natomiast zwiêkszenie intensywnoœci neurogenezy w SEZ [6]. Odmienna reakcja komórek na ten sam czynnik dowodzi, e hodowle in vitro nie zawsze stanowi¹ idealne odzwierciedlenie warunków panuj¹cych in vivo. W tym przypadku kontrola tempa proliferacji i ró nicowania przez bfgf mo e dodatkowo zale eæ od wspó³dzia³ania z innymi czynnikami wzrostowymi oraz od zmian w profilu ekspresji aktywnych receptorów [25].

9 NEURALNE KOMÓRKI MACIERZYSTE 387 RYCINA 2. Kontrola proliferacji i ró nicowania neuralnych komórek macierzystych (kompilacja danych literaturowych): (+) oznacza stymulacjê, ( ) hamowanie, * wp³yw stwierdzony tylko w warunkach in vivo FIGURE 2. The control of proliferation and differentiation of neural stem cells (compilation of literature data): (+) stimulation, ( ) inhibition, * influence observed in vivo only PDGF p³ytkopochodny czynnik wzrostu (ang. platelet-derived growth factor) jest równie skutecznym mitogenem dla NSCs izolowanych z mózgu doros³ych myszy, jednak zwiêkszenie tempa proliferacji komórek obserwowano jedynie w przypadku zastosowania PDGF wraz z bfgf [28]. Infuzja PDGF do komór bocznych mózgu gryzoni powoduje, podobnie jak w przypadku EGF, aktywacjê astrocytów SEZ kosztem ograniczenia neurogenezy [28].

10 388 K. ROSZEK, J. CZARNECKA, M. KOMOSZYÑSKI Sygnalizacja z udzia³em BMP (ang. bone morphogenetic protein) wzmaga tworzenie astrocytów in vitro i in vivo. Nadekspresja BMP7 w mózgu doros³ych osobników powoduje zmniejszenie tempa proliferacji i neurogenezy, zwiêksza natomiast ró nicowanie w kierunku astrocytów. Przeciwstawny efekt wywo³uje noggina, bia³ko bêd¹ce rozpuszczalnym antagonist¹ szlaku sygnalizacyjnego, w którym uczestniczy BMP [14]. Szlak sygnalizacyjny Notch jest uniwersalnym systemem sygnalizacji, zapewniaj¹cym utrzymanie zdolnoœci komórek macierzystych do samoodnawiania przez zahamowanie procesów ich ró nicowania [45]. W przypadku neuralnych komórek macierzystych, aktywacja szlaku Notch powoduje zwiêkszenie tempa proliferacji NSCs kosztem zahamowania neurogenezy [2, 5, 10]. Bia³ko b³onowe receptora Notch, podobnie jak bia³ko Musashi jeden z elementów szlaku sygna³owego Notch, stanowi¹ markery proliferuj¹cych komórek uk³adu nerwowego (tab. 1). Oprócz szlaku Notch, wa n¹ rolê w utrzymaniu puli niezró nicowanych NSCs odgrywa tak e szlak sygnalizacyjny Shh (ang. sonic hedgehog homolog) [5]. Jednym z elementów tego szlaku jest czynnik transkrypcyjny z rodziny bia³ek Gli (ang. glioma-associated oncogene homolog), który tak e proponowany jest jako jeden z markerów komórek neuroprogenitorowych. Neurotransmitery wydzielane przez dojrza³e komórki neuronów s¹ kolejnymi czynnikami dzia³aj¹cymi w obrêbie nisz dla neuralnych komórek macierzystych, niepozostaj¹cymi bez wp³ywu na zdolnoœæ NSCs do proliferacji b¹dÿ ró nicowania. Astrocyty strefy subependymalnej maj¹ na swojej powierzchni aktywne receptory kwasu g-aminomas³owego (GABA) i reaguj¹ obni eniem tempa proliferacji oraz tworzeniem neuroblastów na obecnoœæ GABA w œrodowisku. Powstaj¹ce neuroblasty wydzielaj¹ kolejne cz¹steczki GABA, co stanowi mechanizm sprzê enia zwrotnego kontroluj¹cego proliferacjê i ró nicowanie astrocytów [38]. Serotonina (5-hydroksytryptamina, 5-HT) i uk³ad serotoninergiczny równie moduluj¹ tempo neurogenezy w mózgu doros³ych zwierz¹t, szczególnie w obszarze hipokampa [19]. Podwy szony poziom serotoniny zwiêksza intensywnoœæ neurogenezy in vivo, podobny efekt obserwowano tak e w hodowlach neuralnych komórek macierzystych in vitro [7]. W regulacjê procesu neurogenezy za poœrednictwem serotoniny bezpoœrednio zaanga owane s¹ receptory 5-HT1A, co wykazano w kilku eksperymentach in vitro [7, 19]. Dopamina ogranicza proliferacjê i samoodnawianie neuralnych komórek macierzystych. Jak dot¹d jednak nie wykazano bezsprzecznie ekspresji receptorów dopaminy na powierzchni komórek NSCs doros³ych ssaków, dlatego niezbêdne s¹ dalsze precyzyjne badania [34]. Melatonina jest hormonem produkowanym przez szyszynkê jego g³ówna funkcja to kontrola rytmu snu i czuwania, ale tak e chroni komórki nerwowe przed œmierci¹ wywo³an¹, np. dzia³aniem substancji neurotoksycznych. Wyniki najnowszych badañ wykaza³y, e melatonina zwiêksza tempo proliferacji neuralnych komórek macierzystych i komórek neuroprogenitorowych wyizolowanych ze strefy subependymalnej mózgu doros³ych myszy. Komórki te cechuje wysoki poziom ekspresji receptora melatoniny [50].

11 NEURALNE KOMÓRKI MACIERZYSTE 389 Neurotrofiny, takie jak: czynnik wzrostu nerwów NGF (nerve growth factor), czynnik neurotroficzny pochodzenia mózgowego BDNF (brain-derived neurotrophic factor) oraz neurotrofina3 (NT3) kontroluj¹ w warunkach fizjologicznych proliferacjê oraz ró nicowanie NSCs. Aktywowane receptory tych czynników charakteryzuj¹ siê aktywnoœci¹ kinazy tyrozynowej i fosforyluj¹ bia³ka z domen¹ SH2 lub PH, zapocz¹tkowuj¹c w ten sposób odpowiedÿ komórkow¹ [1]. Stany patologiczne, np. niedokrwienie mózgu, wywo³uj¹ wzrost stê enia wymienionych neurotrofin, co przyspiesza ró nicowanie komórek macierzystych w neurony. Macierz zewn¹trzkomórkowa jest kolejnym istotnym elementem niszy, a jej sk³adniki mog¹ byæ zaanga owane w regulacjê samoodnowy lub ró nicowania NSCs. Heparyna, kolagen, LewisX i Tenascyna-C to najlepiej poznane sk³adniki macierzy zewn¹trzkomórkowej komórek uk³adu nerwowego [6]. Ich wp³yw na tempo proliferacji lub ró nicowania NSCs jest poœredni poprzez interakcjê z mitogenami i innymi czynnikami [11]. Hodowla neurosfer in vitro w po ywce pozbawionej surowicy, zawieraj¹cej EGF i/lub bfgf pozwala na nieograniczon¹ proliferacjê komórek, natomiast pasa owanie neurosfer umo liwia uzyskanie praktycznie nieskoñczonej liczby kolejnych pokoleñ neurosfer [18]. Po ywki hodowlane z surowic¹, pozbawione dodatku mitogenów EGF i bfgf, aktywuj¹ spontaniczne ró nicowanie neuralnych komórek macierzystych w obrêbie neurosfery g³ównie w kierunku astrocytów, a w mniejszym stopniu w kierunku neuronów i oligodendrocytów. Dodanie do po ywki hodowlanej czynnika neurotroficznego, np. NGF lub BDNF znacz¹co zwiêksza liczebnoœæ neuronów w populacji zró nicowanych komórek [3]. Mo liwe jest ró nicowanie ca³ych neurosfer lub komórek uzyskanych w wyniku ich enzymatycznej dyspersji [18]. Ró nicowanie komórek rozproszonych enzymatycznie i hodowanych w postaci monowarstwy pozwala na precyzyjne ukierunkowanie ró nicowania i uzyskanie znacznej liczby komórek wyspecjalizowanych. 4. PERSPEKTYWY WYKORZYSTANIA NEURALNYCH KOMÓREK MACIERZYSTYCH W LECZENIU CHORÓB UK ADU NERWOWEGO Zdolnoœæ neuralnych komórek macierzystych do d³ugotrwa³ej proliferacji i regenerowania dojrza³ych komórek uk³adu nerwowego daje nadziejê na wykorzystanie NSCs do leczenia chorób neurodegeneracyjnych, m.in. choroby Alzheimera, choroby Parkinsona, stwardnienia rozsianego oraz udarów mózgu, które wi¹ ¹ siê z utrat¹ wielu milionów neuronów. Wykorzystanie NSCs w terapii schorzeñ uk³adu nerwowego mo e odbywaæ siê w dwojaki sposób: 1) poprzez przeszczep egzogennych NSCs W dotychczasowych badaniach na mysich modelach chorób uk³adu nerwowego przeszczepiano ró norodne komórki, zarówno NSCs, jak i komórki neuroprogenitorowe oraz niedojrza³e neurony [53]. Celem przeszczepiania NSCs lub komórek progenitorowych jest nie tylko ich ró nicowanie siê w dojrza³e komórki uk³adu nerwowego, ale te zapewnienie

12 390 K. ROSZEK, J. CZARNECKA, M. KOMOSZYÑSKI wsparcia dla procesów regeneracyjnych in vivo poprzez wydzielanie odpowiednich iloœci czynników neurotroficznych i przeciwzapalnych. Pozwala to na czêœciowe z³agodzenie skutków uszkodzenia, niezale nie od jego przyczyny [3]. Istniej¹ doniesienia wskazuj¹ce, e wprowadzone do ylnie, wstêpnie zró nicowane NSCs, pokonuj¹ barierê krew-mózg i s¹ zdolne do integracji strukturalnej oraz funkcjonalnej z tkank¹ nerwow¹ organizmu biorcy [35]. Dodatkowo NSCs wykazuj¹ tropizm w kierunku uszkodzonej tkanki b¹dÿ zmian nowotworowych [35, 53]. Mechanizm tego zjawiska polega prawdopodobnie na interakcjach ligand-receptor, przy czym czynników wywo³uj¹cych dodatni¹ chemotaksjê komórek macierzystych lub progenitorowych mo e byæ nawet kilkanaœcie. Nieliczne zidentyfikowane czynniki to EGF i jego receptor, SCF/c-Kit i HGF/c-Met [54]. Istnienie dodatniego tropizmu ukierunkowanego w stronê komórek nowotworowych stwarza mo liwoœæ wykorzystania NSCs tak e jako transporterów leków skierowanych przeciwko nowotworom mózgu [35]. 2) poprzez stymulacjê endogennych NSCs W warunkach fizjologicznych procesy proliferacji i ró nicowania komórek macierzystych s¹ precyzyjnie regulowane poprzez ró norodne oddzia³ywania i systemy sygnalizacji w obrêbie niszy. Dopiero poznanie i zrozumienie tych z³o onych mechanizmów pozwoli na pe³n¹ kontrolê neurogenezy in vivo. Ograniczeniem dla stosowania czynników neurotroficznych pobudzaj¹cych neurogenezê by³o dotychczas pokonanie przez nie bariery krew-mózg i precyzyjne dostarczenie tych bia³ek do miejsca uszkodzenia [23]. Obecnie jest to mo liwe dziêki zastosowaniu terapii genowej i wektorów wirusowych [37]. Aktualne badania dotycz¹ wykorzystania NSCs w terapii zaburzeñ neurologicznych depresji i schizofrenii [53]. Depresjê bardzo czêsto wyzwala d³ugotrwa³y stres, co wi¹ e siê ze zwiêkszon¹ produkcj¹ kortyzolu. Hormon ten oddzia³uje neurotoksycznie na komórki uk³adu nerwowego oraz powoduje os³abienie procesów neurogenezy [5]. Wykazano, e leki przeciwdepresyjne z grupy agonistów receptorów serotoninowych, znacz¹co zwiêkszaj¹ neurogenezê u osób doros³ych [21, 29]. Skuteczne okaza³o siê tak e leczenie depresji w modelach zwierzêcych za pomoc¹ czynników neurotroficznych, takich jak BDNF, zwiêkszaj¹cych neurogenezê nawet po zastosowaniu pojedynczej dawki leku [49]. Argumentem na poparcie tych tez mo e byæ 4 6-tygodniowy okres up³ywaj¹cy od podania leku przeciwdepresyjnego do wyst¹pienia widocznego efektu terapeutycznego. Odpowiada to czasowi, w jakim neurony dziel¹ siê, ró nicuj¹, a nastêpnie w³¹czaj¹ siê funkcjonalnie w tkankê [53]. Nieprawid³owoœci w neurogenezie mog¹ przyczyniaæ siê tak e do rozwoju schizofrenii. W tym przypadku patogenezê choroby wi¹ e siê ze zmniejszeniem tempa proliferacji NSCs w zawoju zêbatym hipokampa, co potwierdzono doœwiadczalnie u pacjentów chorych na schizofreniê [5]. Istotn¹ rolê przypisuje siê genowi DISC1 (Disrupted in Schizophrenia 1), który kontroluje proces funkcjonalnej integracji neuronów powstaj¹cych u doros³ych osobników. Uszkodzenie tego genu nie jest jedyn¹ przyczyn¹, ale jednym z czynników sprzyjaj¹cych rozwojowi schizofrenii [21]. Tak wiêc, zastosowanie terapii z u yciem egzogennych neuralnych komórek macierzystych pozwoli³oby na przywrócenie w³aœciwego poziomu neurogenezy. Wykorzystanie NSCs w terapii chorób uk³adu nerwowego budzi jednak pewne zastrze enia zwi¹zane z wydajnoœci¹ izolacji neuralnych komórek macierzystych z

13 NEURALNE KOMÓRKI MACIERZYSTE 391 tkanki mózgu lub innych Ÿróde³ ich pozyskiwania. Równie wa na jest precyzyjna kontrola ró nicowania przeszczepionych NSCs oraz funkcjonalna integracja komórek w warunkach in vivo. Liczne badania wskazuj¹, e przeszczepione NSCs wywieraj¹ g³ównie efekt pobudzenia procesów regeneracyjnych oraz przywrócenia homeostazy w miejscu uszkodzenia [3]. Ponadto NSCs hodowane in vitro mog¹ staæ siê narzêdziem do zrozumienia mechanizmów powstawania chorób uk³adu nerwowego oraz do testowania nowych leków. Niezale nie od zastosowanej strategii terapeutycznej, leczenie chorób uk³adu nerwowego z udzia³em neuralnych komórek macierzystych wymaga jeszcze wielu dalszych badañ. LITERATURA [1] ABE K. Therapeutic potential of neurotrophic factors and neural stem cells against ischemic brain injury. J Cereb Blood Flow Metab 2000; 20: [2] ABLES JL, DECAROLIS NA, JOHNSON MA, RIVERA PD, GAO Z, COOPER DC, RADTKE F, HSIEH J, EISCH AJ. Notch1 is required for maintenance of the reservoir of adult hippocampal stem cells. J Neurosci 2010; 30: [3] AHMED S. The culture of neural stem cells. J Cell Biochem 2009; 106: 1 6. [4] ALVAREZ-BUYLLA A, KOHWI M, NGUYEN TM, MERKLE FT. The heterogeneity of adult neural stem cells and the emerging complexity of their niche. Cold Spring Harb Symp Quant Biol 2008; 73: [5] BALU DT, LUCKI I. Adult hippocampal neurogenesis: regulation, functional implications, and contribution to disease pathology. Neurosci Biobehav Rev 2009; 33: [6] BASAK O, TAYLOR V. Stem cells of the adult mammalian brain and their niche. Cell Mol Life Sci 2009; 66: [7] BENNINGHOFF J, GRITTI A, RIZZI M, LAMORTE G, SCHLOESSER RJ, SCHMITT A, ROBEL S, GENIUS J, MOESSNER R, RIEDERER P, MANJI HK, GRUNZE H, RUJESCU D, MOELLER HJ, LESCH KP, VESCOVI AL. Serotonin depletion hampers survival and proliferation in neurospheres derived from adult neural stem cells. Neuropsychopharmacology 2010; 35: [8] BEZ A, CORSINI E, CURTI D, BIGGIOGERA M, COLOMBO A, NICOSIA RF, PAGANO SF, PARATI EA. Neurosphere and neurosphere-forming cells: morphological and ultrastructural characterization. Brain Res 2003; 993: [9] BRAZEL CY, LIMKE TL, OSBORNE JK, MIURA T, CAI J, PEVNY L, RAO MS. Sox2 expression defines a heterogenous population of neurosphere-forming cells in the adult murine brain. Aging Cell 2005; 4: [10] CAMPOS LS, DECKER L, TAYLOR V, SKARNES W. Notch, epidermal growth factor receptor, and beta1-integrin pathways are coordinated in neural stem cells. J Biol Chem 2006; 281: [11] CAPELA A, TEMPLE S. LeX is expressed by principle progenitor cells in the embryonic nervous system, is secreted into their environment and binds Wnt-1. Dev Biol 2006; 291: [12] CARLÉN M, MELETIS K, GÖRITZ C, DARSALIA V, EVERGREN E, TANIGAKI K, AMENDOLA M, BARNABÉ-HEIDER F, YEUNG MS, NALDINI L, HONJO T, KOKAIA Z, SHUPLIAKOV O, CASSIDY RM, LINDVALL O, FRISÉN J. Forebrain ependymal cells are Notch-dependent and generate neuroblasts and astrocytes after stroke. Nat Neurosci 2009; 12: [13] CHIASSON BJ, TROPEPE V, MORSHEAD CM, VAN DER KOOY D. Adult mammalian forebrain ependymal and subependymal cells demonstrate proliferative potential, but only subependymal cells have neural stem cell characteristics. J Neurosci 1999; 19: [14] CHO SR, BENRAISS A, CHMIELNICKI E, SAMDANI A, ECONOMIDES A, GOLDMAN SA. Induction of neostriatal neurogenesis slows disease progression in a transgenic murine model of Huntington disease. J Clin Invest 2007; 117: [15] CONTI L, POLLARD SM, GORBA T, REITANO E, TOSELLI M, BIELLA G, SUN Y, SANZONE S, YING QL, CATTANEO E, SMITH A. Niche-independent symmetrical self-renewal of a mammalian tissue stem cell. PLoS Biol 2005; 3: e283.

14 392 K. ROSZEK, J. CZARNECKA, M. KOMOSZYÑSKI [16] COSKUN V, WU H, BLANCHI B, TSAO S, KIM K, ZHAO J, BIANCOTTI JC, HUTNICK L, KRUEGER RC Jr, FAN G, de VELLIS J, SUN YE. CD133 + neural stem cells in the ependyma of mammalian postnatal forebrain. Proc Natl Acad Sci USA 2008; 105: [17] Del BIGIO MR. The ependyma: a protective barrier between brain and cerebrospinal fluid. Glia 1995; 14: [18] DELEYROLLE LP, REYNOLDS BA. Isolation, expansion, and differentiation of adult mammalian neural stem and progenitor cells using the neurosphere assay. Methods Mol Biol 2009; 549: [19] DJAVADIAN RL. Serotonin and neurogenesis in the hippocampal dentate gyrus of adult mammals. Acta Neurobiol Exp 2004; 64: [20] DOETSCH F, CAILLE I, LIM DA, GARCIA-VERDUGO JM, ALVAREZ-BUYLLA A. Subventricular zone astrocytes are neural stem cells in the adult mammalian brain. Cell 1999; 97: [21] EISCH AJ, CAMERON HA, ENCINAS JM, MELTZER LA, MING GL, OVERSTREET-WADICHE L S. Adult neurogenesis, mental health, and mental illness: hope or hype? J Neurosci 2008; 28: [22] ERIKSSON PS, PERFILIEVA E, BJÖRK-ERIKSSON T, ALBORN AM, NORDBORG C, PETERSON DA, GAGE FH. Neurogenesis in the adult human hippocampus. Nat Med 1998; 4: [23] FUMAGALLI F, MOLTENI R, CALABRESE F, MAJ PF, RACAGNI G, RIVA MA. Neurotrophic factors in neurodegenerative disorders: potential for therapy. CNS Drugs 2008; 22: [24] GARCIA-VERDUGO JM, FERRÓN S, FLAMES N, COLLADO L, DESFILIS E, FONT E. The proliferative ventricular zone in adult vertebrates: a comparative study using reptiles, birds, and mammals. Brain Res Bull 2002; 57: [25] GRITTI A, FRÖLICHSTHAL-SCHOELLER P, GALLI R, PARATI EA, COVA L, PAGANO SF, BJORN- SON CR, VESCOVI AL. Epidermal and fibroblast growth factors behave as mitogenic regulators for a single multipotent stem cell-like population from the subventricular region of the adult mouse forebrain. J Neurosci 1999; 19: [26] HOMBACH-KLONISCH S, PANIGRAHI S, RASHEDI I, SEIFERT A, ALBERTI E, POCAR P, KURPISZ M, SCHULZE-OSTHOFF K, MACKIEWICZ A, LOS M. Adult stem cells and their trans-differentiation potential-perspectives and therapeutic applications. J Mol Med 2008; 86: [27] IRVIN DK, NAKANO I, PAUCAR A, KORNBLUM HI. Patterns of Jagged1, Jagged2, Delta-like 1 and Delta-like 3 expression during late embryonic and postnatal brain development suggest multiple functional roles in progenitors and differentiated cells. J Neurosci Res 2004; 75: [28] JACKSON EL, GARCIA-VERDUGO JM, GIL-PEROTIN S, ROY M, QUINONES-HINOJOSA A, VAN- DENBERG S, ALVAREZ-BUYLLA A. PDGFR alpha-positive B cells are neural stem cells in the adult SVZ that form glioma-like growths in response to increased PDGF signaling. Neuron 2006; 51: [29] JACOBS B, van PRAAG H, GAGE F. Adult brain neurogenesis and psychiatry: a novel theory of depression. Mol Psychiatry 2000; 5: [30] JARVISA C, ANDREW D. Correlated electrophysiology and morphology of the ependyma in rat hypothalamus. J Neurosci 1988; 8: [31] JOHANSSON CB, MOMMA S, CLARKE DL, RISLING M, LENDAHL U, FRISEN J. Identification of a neural stem cell in the adult mammalian central nervous system. Cell 1999a; 96: [32] JOHANSSON CB, SVENSSON M, WALLSTEDT L, JANSON AM, FRISEN J. Neural stem cells In the adult human brain. Exp Cell Res 1999; 253: [33] KIM Y, COMTE I, SZABO G, HOCKBERGER P, SZELE FG. Adult mouse subventricular zone stem and progenitor cells are sessile and epidermal growth factor receptor negatively regulates neuroblast migration. PLoS One 2009; 4: e8122. [34] KIPPIN TE, KAPUR S, van der KOOY D. Dopamine specifically inhibits forebrain neural stem cell proliferation, suggesting a novel effect of antipsychotic drugs. J Neurosci 2005; 25: [35] KOSZTOWSKI T, ZAIDI HA, QUINONES-HINOJOSA A. Applications of neural and mesenchymal stem cells in the treatment of gliomas. Expert Rev Anticancer Ther 2009; 9: [36] LACHAPELLE F, AVELLANA-ADALID V, NAIT-OUMESMAR B, BARON-VAN EVERCOOREN A. Fibroblast growth factor-2 (FGF-2) and platelet-derived growth factor AB (PDGF AB) promote adult SVZ-derived oligodendrogenesis in vivo. Mol Cell Neurosci 2002; 20: [37] LIM ST, AIRAVAARA M, HARVEY BK. Viral vectors for neurotrophic factor delivery: a gene therapy approach for neurodegenerative diseases of the CNS. Pharmacol Res 2010; 61: [38] LIU X, WANG Q, HAYDAR TF, BORDEY A. Nonsynaptic GABA signaling in postnatal subventricular zone controls proliferation of GFAP-expressing progenitors. Nat Neurosci 2005; 8: [39] MELETIS K, BARNABÉ-HEIDER F, CARLÉN M, EVERGREN E, TOMILIN N, SHUPLIAKOV O, FRISÉN J. Spinal cord injury reveals multilineage differentiation of ependymal cells. PLoS Biol 2008; 6: e182.

15 NEURALNE KOMÓRKI MACIERZYSTE 393 [40] PALMA V, LIM DA, DAHMANE N, SÁNCHEZ P, BRIONNE TC, HERZBERG CD, GITTON Y, CARLETON A, ALVAREZ-BUYLLA A, RUIZ ALTABA A. Sonic hedgehog controls stem cell behavior in the postnatal and adult brain. Development 2005; 132: [41] QUINONES-HINOJOSA A, SANAI N, GONZALEZ-PEREZ O, GARCIA-VERDUGO JM. The human brain subventricular zone: stem cells in this niche and its organization. Neurosurg Clin N Am 2007; 18: [42] QUINONES-HINOJOSA A, SANAI N, SORIANO-NAVARRO M, GONZALEZ-PEREZ O, MIRZADECH Z, GIL-PEROTIN S, ROMERO-RODRIGUEZ R, BERGER M, GARCIA-VERDUGO JM, ALVAREZ- BUYLLA A. Cellular composition and cytoarchitecture of the adult human subventricular zone: a niche of neural stem cells. J Comp Neurol 2006; 494: [43] REYNOLDS BA, RIETZE RL. Neural stem cells and neurospheres- re-evaluating the relationship. Nat Methods 2005; 2: [44] REYNOLDS BA, WEISS S. Generation of neurons and astrocytes from isolated cells of the adult mammalian central nervous system. Science 1992; 255: [45] ROSZEK K, KOMOSZYÑSKI M. Kontrola i kierunki ró nicowania komórek macierzystych krwi pêpowinowej oraz ich zastosowanie terapeutyczne. Post Hig Med Dosw 2008; 62: [46] SANAI N, TRAMONTIN AD, QUINONES-HINOJOSA A, BARBARO NM, GUPTA N, KUNWAR S, LAWTON MT, MCDERMOTT MW, PARSA AT, GARCIA-VERDUGO JM, BERGER MS, ALVAREZ- BUYLLA A. Unique astrocyte ribbon in adult human brain contains neural stem cells but lacks chain migration. Nature 2004; 427: [47] SAWAMOTO K, WICHTERLE H, GONZALEZ-PEREZ O, CHOLFIN JA, YAMADA M, SPASSKY N, MURCIA NS, GARCIA-VERDUGO JM, MARIN O, RUBENSTEIN JL, TESSIER-LAVIGNE M, OKANO H, ALVAREZ-BUYLLA A. New neurons follow the flow of cerebrospinal fluid in the adult brain. Science 2006; 311: [48] SCHWARTZ PH, BRYANT PJ, FUJA TJ, SU H, O'DOWD DK, KLASSEN H. Isolation and characterization of neural progenitor cells from post-mortem human cortex. J Neurosci Res 2003; 74: [49] SHIRAYAMA Y, CHEN A, NAKAGAWA S, RUSSELL D, DUMAN R. Brain-derived neurotrophic factor produces antidepressant effects in behavioural models of depression. J Neurosci 2002; 22: [50] SOTTHIBUNDHU A, PHANSUWAN-PUJITO P, GOVITRAPONG P. Melatonin increases proliferation of cultured neural stem cells obtained from adult mouse subventricular zone. J Pineal Res 2010; 49: [51] SPASSKY N, MERKLE FT, FLAMES N, TRAMONTIN AD, GARCIA-VERDUGO JM, ALVAREZ- BUYLLA A. Adult ependymal cells are postmitotic and are derived from radial glial cells during embryogenesis. J Neurosci 2005; 25: [52] TÁRNOK A, ULRICH H, BOCSI J. Phenotypes of stem cells from diverse origin. Cytometry A 2010; 77: [53] VALENZUELA M, SIDHU K, DEAN S, SACHDEV P. Neural stem cell therapy for neuropsychiatric disorders. Acta Neuropsychiatrica 2007; 19: [54] YIP S, SABETRASEKH R, SIDMAN RL, SNYDER EY. Neural stem cells as novel cancer therapeutic vehicles. Eur J Cancer 2006; 42: Redaktor prowadz¹cy Bo ena Kamiñska-Kaczmarek Otrzymano: r. Przyjêto: r. Katarzyna Roszek, Zak³ad Biochemii, Instytut Biologii Ogólnej i Molekularnej, Uniwersytet Miko³aja Kopernika, ul. Gagarina 7, Toruñ, kroszek@umk.pl