FIZJOLOGIA REGENERACJI 01 Innowacyjne metody wykorzystania komórek macierzystych w medycynie arsawa, 09.01.2010
Dlaczego będziemy mówić o fizjologii regeneracji? Przyszłość medycyny leczenie szeregu schorzeń, przedłużenie komfortu życia Szczecin staje sie wiodącym w kraju ośrodkiem gdzie rozwijane są podstawy medycyny regeneracyjnej Komórki macierzyste są bezpośrednim obiektem zainteresowania medycyny regeneracyjnej Założenia i koncepcje medycyny regeneracyjnej się zmieniają dynamicznie
Dobra koncepcja Zły projekt
Ludzie zawsze marzyli o długowieczności, lecz.? - Ambrozja jest pokarmem bogów, a nie zwykłych ludzi, - Święty Graal nie został niestety odnaleziony
Fontanna młodości pozostaje nadal tylko fantazją artystów.. Łukasz Cranach (starszy) (1546 rok)
Regenerująca wątroba Prometeusza
Płazy ogoniaste - salamandra blastema
Dlaczego się nie regenerujemy jak salamandra? Regeneracja nowotwory? Inna filozofia ewolucji i przystosowania do środowiska? Poziom regeneracji tkanek jest wystarczający?
Drzewo Oliwne
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
Długowieczność - Regeneracja Długowieczność = Regeneracja = Komórki Macierzyste Starzenie = Spadek regeneracji = Spadek liczby/czynności komórek macierzystych? Czy komórki macierzyste okażą się naszą ambrozją? Chcę ambrozji!!!
Regenerujemy się cały czas Nabłonek jelita Naskórek Krwinki czerwone Krwinki białe 2 dni 14 dni 150 dni 4-7 dni
NADZIEJE.
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
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
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
Komórki macierzyste panaceum na wszystko?
WIEDZA.
U progu 3-go tysiąclecia człowiek posiadł technologie, które do tej pory były przypisywane istotom najwyższym - energia jądrowa - klonowanie zarodków
Komórka jajowa - zapłodnienie Komórka macierzysta (Zygota) Ponad 200 różnych rodzajów komórek
Embriogeneza Zygota Morula Blastula (Blastocysta) Gastrula
Hierarchia komórek macierzystych (KM) Totipotencjalne KM (TKM) 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 (mezodermy, 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.
Komórka macierzysta Totipotencjalna - zarodek + łożysko Pluripotencjalna - trzy listki zarodkowe Multipotencjalna - jeden listek zarodkowy Monopotencjalna - dana tkanka
KM Monopotencjalne KM Totipotentcjalna KM Pluripotencjalne KM Multipotencjalne naskórek wątroba mięśnie krew układ nerwowy inne Ukierunkowanie tkankowe (Commitment)
Pochodzenie tkanek z poszczególnych listków zarodkowych Ektoderma Mózg, zwoje nerwowe, nerwy obwodowe, oko, naskórek, przydatki skórne, komórki barwnikowe, miazga zęba Mezoderma Układ kwrwiotwórczy i limfatyczny, śródbłonki naczyń, mięśnie szkieletowe, serce, tkanka tłuszczowa, tkanka łączna (kości, ścięgna, chrząstka), mięśniówka gładka, komórki nabłonka cewek nerkowych Endoderma Wątroba, trzustka, płuca, jelita, tarczyca
Cechy komórki macierzystej Samoodnawianie Stan uśpienia w cyklu komórkowym Zwiększona oporność na promieniowanie i cytostatyki Cechy morfologiczne (duże jądro, euchromatyna, wąski rąbek cytoplazmy)
PODZIAŁ KM SYMETRYCZNY NIESYMETRYCZNY
Nisza Komórki Macierzystej: Wyspecjalizowany obszar mikrośrodowiska potrzebny dla prawidłowego funkcjonowania Hormony
Nisze Narządowe Komórek Macierzystych Szpik kostny Mięśnie szkieletowe Mięsień sercowy Mózg Wątroba Jelito Naskórek Nerka
Nisza KM w naskórku i krypcie jelitowej
Nisze KM w mózgu 1. Hipokamp 2. Komory mózgu
Nisze KM w wątrobie
Rodzaje Ukierunkowanych Tkankowo Komórek Macierzystych Izolowanych z Tkanek Dorosłych Osobników Krwiotwórcze komórki macierzyste Komórki progenitorowe naskórka Komórki Mezenchymalne Komórki Macierzyste Mięśnia Sercowego
Rodzaje Ukierunkowanych Tkankowo Komórek Macierzystych Izolowanych z Tkanek Dorosłych Osobników Krwiotwórcze komórki macierzyste Komórki progenitorowe naskórka Komórki Mezenchymalne Komórki Macierzyste Mięśnia Sercowego
Szpik Kostny
Krew Mobilizowana
Krew Pępowinowa
Rodzaje Ukierunkowanych Tkankowo Komórek Macierzystych Izolowanych z Tkanek Dorosłych Osobników Krwiotwórcze komórki macierzyste Komórki progenitorowe naskórka Komórki Mezenchymalne Komórki Macierzyste Mięśnia Sercowego
3 weeks after Keratinocytes - cell suspension in fibrin-glue cell transplantation 3 months after
Rodzaje Ukierunkowanych Tkankowo Komórek Macierzystych Izolowanych z Tkanek Dorosłych Osobników Krwiotwórcze komórki macierzyste Komórki progenitorowe naskórka Komórki Mezenchymalne Komórki Macierzyste Mięśnia Sercowego
Komórki Mesenchymalne do leczenia ubytków kostnych
Rodzaje Ukierunkowanych Tkankowo Komórek Macierzystych Izolowanych z Tkanek Dorosłych Osobników Krwiotwórcze komórki macierzyste Komórki progenitorowe naskórka Komórki Mezenchymalne Komórki Macierzyste Mięśnia Sercowego
Komórki Macierzyste w Leczeniu Zawału Serca
Komórki Macierzyste w Leczeniu Zawału Serca
W poszukiwaniu idealnej komórki macierzystej (pluripotencjalnej)
Pluripotencjalna Komórka Macierzysta (PKM) - Kryteria In vitro Duże jądro wypełnione euchromatyną Ekspresja markerów PKM (np. Oct-4, Nanog) Różnicuje się w komórki wszystkich trzech listków zarodkowych In vivo Komplementacja rozwoju blastocysty Tworzy potworniaki u zwierzat doswiadczalnych
Potworniak u myszy doswiadczalnej
Test Komplementacji Blastocysty
Test Komplementacji Blastocysty Nienastrzyknięta blastocysta Nastrzyknięta blastocysta komórkami GFP + Green fluorescent protein (GFP) znajduje się w otoczce skórnej meduzy - Aequorea victoria. Światło białe Światło ultrafioletowe
ETYKA.
Wojna o Komórki Macierzyste
?
?
Nie doczekałem wykorzystania komórek embrionalnych w terapii a Ty? Ja byłem z kolei zarodkiem doświadczalnym
Czy jest szansa, ze bede znowu chodzila?
Klonowanie terapeutyczne
Klonowanie reprodukcyjne
Klonowanie reprodukcyjne
Klonowanie reprodukcyjne
Jest Pan oskarzony o klonowanie ludzi jaki jest wyrok lawy przysieglych? NIEWINNY!!!
Klonowanie reprodukcyjne
Komórki pluripotencjalne izolowane z zarodków Komórki izolowane z zarodków tworzą w organizmie biorcy potworniaki Strategia budzi w naszym kręgu kulturowo-religijnym szereg kontrowersji Dotychczasowe wyniki u zwierzat eksperymentalnych są zdecydowanie przereklamowane Pojawiają się inne alternatywne strategie pozyskania komórek pluripotencjalnych
Potworniak
Komórki pluripotencjalne izolowane z zarodków Komórki izolowane z zarodków tworzą w organizmie biorcy potworniaki Strategia budzi w naszym kręgu kulturowo-religijnym szereg kontrowersji Dotychczasowe wyniki u zwierzat eksperymentalnych są zdecydowanie przereklamowane Pojawiają się inne alternatywne strategie pozyskania komórek pluripotencjalnych
Komórki pluripotencjalne izolowane z zarodków Komórki izolowane z zarodków tworzą w organizmie biorcy potworniaki Strategia budzi w naszym kręgu kulturowo-religijnym szereg kontrowersji Dotychczasowe wyniki u zwierzat eksperymentalnych są zdecydowanie przereklamowane Pojawiają się inne alternatywne strategie pozyskania komórek pluripotencjalnych
Komórki pluripotencjalne izolowane z zarodków Komórki izolowane z zarodków tworzą w organizmie biorcy potworniaki Strategia budzi w naszym kręgu kulturowo-religijnym szereg kontrowersji Dotychczasowe wyniki u zwierzat eksperymentalnych są zdecydowanie przereklamowane Pojawiają się inne alternatywne strategie pozyskania komórek pluripotencjalnych
Różne potencjalne źródła pluripotencjalnych komórek macierzystych (PKM). PKM izolowane z bankowanych zarodków otrzymanych drogą zapłodnienia in vitro PKM izolowane z zarodków otrzymanych poprzez klonowanie terapeutyczne PKM uzyskane w wyniku transformacji komórek somatycznych (indukowane PKM) Ryzyko powstania potworniaków + + + Problem niezgodności tkankowej + - - Wymagany dawca komórki jajowej + + - Zastrzeżenia natury etycznej tak tak/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.
Komórki macierzyste izolowane z dorosłych tkanek
Komórki macierzyste izolowane z dorosłych tkanek (np. szpik kostny, krew pepowinowa) - Jedyne komórki jak do tej pory stosowane w klinice - Czy są w dorosłych tkankach komórki pluripotencjalne/multipotencjalne?
Koncepcja plastyczności KKM
Koncepcja plastyczności KKM?
Alternatywne wyjaśnienia zjawiska transróżnicowania lub plastyczności krwiotwórczych komórek macierzystych (KKM) Fuzja komórkowa Stymulacja parakrynna Przeniesienie białek przez mikrofragmenty błonowe Obecność heterogenicznej populacji komórek macierzystych w szpiku kostnym Bardzo rzadkie zjawisko, w którym przeszczepione KKM ulegają fuzji z komórkami uszkodzonej tkanki, tworząc heterokariony. Powstałe heterokariony wykazują ekspresję markerów KKM przeszczepu i uszkodzonych komórek tkanek gospodarza (pseudochimeryzm). KKM stanowią źródło różnych czynników wzrostowych i angiopoetycznych, mogących promować regenerację tkanek/organów. Niektóre doniesienia o plastyczności komórek macierzystych mogą być wyjaśnione za pomocą zjawiska czasowej zmiany fenotypu komórkowego, będącego wynikiem przeniesienia receptorów, cytoplazmatycznych białek oraz mrna między KKM a uszkodzoną komórką, za pomocą mikrofragmentów komorkowych. Oprócz KKM, szpik kostny zawiera także populacje innych komórek macierzystych. Regeneracja uszkodzonych tkanek może zostać wyjaśniona obecnością komórek progenitorowych dla śródbłonka naczyń, które stymulują neowaskularyzację, jak również obecnością innych komórek macierzystych, w tym komórek pluripotencjalnych (np. VSELs). Może to tłumaczyć brak efektu plastyczności przy zastosowaniu wysoko oczyszczonej populacji KKM.
Alternatywne wyjaśnienia zjawiska transróżnicowania lub plastyczności krwiotwórczych komórek macierzystych (KKM) Fuzja komórkowa Stymulacja parakrynna Przeniesienie białek przez mikrofragmenty błonowe Obecność heterogenicznej populacji komórek macierzystych w szpiku kostnym Bardzo rzadkie zjawisko, w którym przeszczepione KKM ulegają fuzji z komórkami uszkodzonej tkanki, tworząc heterokariony. Powstałe heterokariony wykazują ekspresję markerów KKM przeszczepu i uszkodzonych komórek tkanek gospodarza (pseudochimeryzm). KKM stanowią źródło różnych czynników wzrostowych i angiopoetycznych, mogących promować regenerację tkanek/organów. Niektóre doniesienia o plastyczności komórek macierzystych mogą być wyjaśnione za pomocą zjawiska czasowej zmiany fenotypu komórkowego, będącego wynikiem przeniesienia receptorów, cytoplazmatycznych białek oraz mrna między KKM a uszkodzoną komórką, za pomocą mikrofragmentów komorkowych. Oprócz KKM, szpik kostny zawiera także populacje innych komórek macierzystych. Regeneracja uszkodzonych tkanek może zostać wyjaśniona obecnością komórek progenitorowych dla śródbłonka naczyń, które stymulują neowaskularyzację, jak również obecnością innych komórek macierzystych, w tym komórek pluripotencjalnych (np. VSELs).
Efekty Parakrynne Komórek Macierzystych
Poziom wydzielanych czynnikow w pg/ml Ratajczak et al. Blood 2001;97:3075-3085
Alternatywne wyjaśnienia zjawiska transróżnicowania lub plastyczności krwiotwórczych komórek macierzystych (KKM) Fuzja komórkowa Stymulacja parakrynna Przeniesienie białek przez mikrofragmenty błonowe Obecność heterogenicznej populacji komórek macierzystych w szpiku kostnym Bardzo rzadkie zjawisko, w którym przeszczepione KKM ulegają fuzji z komórkami uszkodzonej tkanki, tworząc heterokariony. Powstałe heterokariony wykazują ekspresję markerów KKM przeszczepu i uszkodzonych komórek tkanek gospodarza (pseudochimeryzm). KKM stanowią źródło różnych czynników wzrostowych i angiopoetycznych, mogących promować regenerację tkanek/organów. Niektóre doniesienia o plastyczności komórek macierzystych mogą być wyjaśnione za pomocą zjawiska czasowej zmiany fenotypu komórkowego, będącego wynikiem przeniesienia receptorów, cytoplazmatycznych białek oraz mrna między KKM a uszkodzoną komórką, za pomocą mikrofragmentów komorkowych. Oprócz KKM, szpik kostny zawiera także populacje innych komórek macierzystych. Regeneracja uszkodzonych tkanek może zostać wyjaśniona obecnością komórek progenitorowych dla śródbłonka naczyń, które stymulują neowaskularyzację, jak również obecnością innych komórek macierzystych, w tym komórek pluripotencjalnych (np. VSELs).
Efekty Parakrynne Komórek Macierzystych
Mikrofragmenty Blonowe 100 nm - 1 M 30-100 nm (eksosomy)
Mikrofragmenty x 20 000
Mikrofragmenty blonowe efekty parakrynne Ratajczak MZ. Blood 2006;108:2885-2886
Alternatywne wyjaśnienia zjawiska transróżnicowania lub plastyczności krwiotwórczych komórek macierzystych (KKM) Fuzja komórkowa Stymulacja parakrynna Zmiana fenotypu przez mikrofragmenty błonowe Obecność heterogenicznej populacji komórek macierzystych w szpiku kostnym Bardzo rzadkie zjawisko, w którym przeszczepione KKM ulegają fuzji z komórkami uszkodzonej tkanki, tworząc heterokariony. Powstałe heterokariony wykazują ekspresję markerów KKM przeszczepu i uszkodzonych komórek tkanek gospodarza (pseudochimeryzm). KKM stanowią źródło różnych czynników wzrostowych i angiopoetycznych, mogących promować regenerację tkanek/organów. Niektóre doniesienia o plastyczności komórek macierzystych mogą być wyjaśnione za pomocą zjawiska czasowej zmiany fenotypu komórkowego, będącego wynikiem przeniesienia receptorów, cytoplazmatycznych białek oraz mrna między KKM a uszkodzoną komórką, za pomocą mikrofragmentów komorkowych. Oprócz KKM, szpik kostny zawiera także populacje innych komórek macierzystych. Regeneracja uszkodzonych tkanek może zostać wyjaśniona obecnością komórek progenitorowych dla śródbłonka naczyń, które stymulują neowaskularyzację, jak również obecnością innych komórek macierzystych, w tym komórek pluripotencjalnych (np. VSELs).
Ratajczak M.Z. et al. Leukemia 2012, 26, 1166 -- 1173.
Ratajczak M.Z. et al. Leukemia 2012, 26, 1166 -- 1173.
Komórki macierzyste izolowane z dorosłych tkanek (np. szpik kostny, krew pepowinowa) - Jedyne komórki jak do tej pory stosowane w klinice - Czy są w dorosłych tkankach komórki pluripotencjalne/multipotencjalne?
Zarodek Scenariusz 1 Scenariusz 2 PKM PKM UTKM UTKM + uspione PKM
Zarodek Scenariusz 1 Scenariusz 2 PKM PKM UTKM UTKM + uspione PKM
Komórki pluripotencjalne/multipotencjalne w dorosłych tkankach Multipotent Adult Stem Cells (MASC) Elutriation-, Lin -, after BM homing-derived cells (ELH) Multilineage-differentiating stress-enduring cells (Muse) Multipotent Adult Progenitor Cells (MAPC) Unrestricted Somatic Stem Cells (USSC) Marrow Isolated Adult Multilineage Inducible Cells (MIAMI) Omnicytes, UCB-derived Embryonic-like stem cells Spore like stem cells
Sca-1 + lin - CD45 - Sca-1 + lin - CD45 + Nanog Oct4 SSEA-1 Komórka macierzysta VSEL (Very Small Embryonic-Like stem cell) Komórka macierzysta krwiotwórcza Kucia et al. Leukemia 2006,20:857-869
Content of VSELs [%] VSELs sa obecne w roznych narzadach myszy (panel A) liczba ich zmniejsza sie z wiekiem (panel B) A B 0.08 0.07 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 0.00 2 4 7 10 12 18 24 36 Age of mice [months] Zuba-Surma et al. Cytometry 2008, 73, 1116-1127. Ratajczak et al. Exp. Gerontology 2008, 43, 1009-1017.
Krew pepowinowa - VSELs 1 m 1 m 1 m Krew mobilizowana - VSELs 1 m 1 m 1 m
Alternatywne wyjaśnienia zjawiska transróżnicowania lub plastyczności krwiotwórczych komórek macierzystych (KKM) Fuzja komórkowa Stymulacja parakrynna Przeniesienie białek przez mikrofragmenty błonowe Obecność heterogennej populacji komórek macierzystych w szpiku kostnym Bardzo rzadkie zjawisko, w którym przeszczepione KKM ulegają fuzji z komórkami uszkodzonej tkanki, tworząc heterokariony. Powstałe heterokariony wykazują ekspresję markerów KKM przeszczepu i uszkodzonych komórek tkanek gospodarza (pseudochimeryzm). KKM stanowią źródło różnych czynników wzrostowych i angiopoetycznych, mogących promować regenerację tkanek/organów. Niektóre doniesienia o plastyczności komórek macierzystych mogą być wyjaśnione za pomocą zjawiska czasowej zmiany fenotypu komórkowego, będącego wynikiem przeniesienia receptorów, cytoplazmatycznych białek oraz mrna między KKM a uszkodzoną komórką, za pomocą mikrofragmentów komorkowych. Oprócz KKM, szpik kostny zawiera także populacje innych komórek macierzystych. Regeneracja uszkodzonych tkanek może zostać wyjaśniona obecnością komórek progenitorowych dla śródbłonka naczyń, które stymulują neowaskularyzację, jak również obecnością innych komórek macierzystych, w tym komórek pluripotencjalnych (np. VSELs).
Ratajczak M.Z. et al. Leukemia 2012, 26, 1166 -- 1173.
Koncepcja krążących KM Komórki macierzyste krwiotwórcze (KKM) krążą w krwi obwodowej w celu utrzymania równowagi puli KKM w różnych miejscach organizmu, ale......gromadzone są dowody, że również PKM krążą we krwi...
CXCR4 SDF-1 gradient SDF-1 gradient SDF-1 gradient SDF-1 gradient SDF-1 gradient
VSELs kraza we krwi w stanach stresu i uszkodzen narzadowych
VSELs - nowa koncepcja hierarchii komórek macierzystych nowe spojrzenie na procesy starzenia i nowotworzenia
?
VSEL HSC MNC ESC-D3 Heat-Map Analysis for Ct Value from realtime PCR (Heatmap builder) Pluripotency Epiblast Germ-line Specification Germ-line Development DNA methylation C/T antigen Imprinted genes Shin et al. Leukemia 2010, 24, 1450 1461 Cell Cycle
VSEL HSC MNC ESC-D3 Heat-Map Analysis for Ct Value from realtime PCR (Heatmap builder) Pluripotency Epiblast Germ-line Specification Germ-line Development DNA methylation C/T antigen Imprinted genes Shin et al. Leukemia 2010, 24, 1450 1461 Cell Cycle
I. Najwcześniejsze rozwojowo komórki w dorosłych tkankach maja potencjał komórek lini zarodkowej
Oocyt + Plemnik Trofoektoderma Zygota Morula ICM Epiblast Trofoektoderma?? Mezoderma Ektoderma Endoderma Ratajczak et al. Leukemia 2007, 21, 860-867. Pierwotne komórki gamet (PGC) Gamety Mezoderma Ektoderma Endoderma
VSEL status Linia zrodkowa jest szkieletem ukladu komorek macierzystych w doroslym organizmie Nervous System extra-embryonic ectoderm Quiescence 1. Ectopic niche PGC precursors Muscles 2. Inhibitory factors 3. Erasure of the somatic imprint Fetal Liver Bone Marrow Embryo EPIBLAST (primitive ectoderm) Myocardium Activation 1. Inflammation, tissue injury 2. Epigenetic changes 3. Reestablishment of the Legend: somatic imprint SDF-1 gradient CXCR4 + epiblast derived cells/pgc (VSEL) Genital Ridges Adrenal Glands Ratajczak et al. J Autoimmunity 2008:30;151-162.
Oocyt + Plemnik Trofoektoderma Zygota Morula ICM Epiblast Trofoektoderma Usunięcie imprintu?? Usunięcie imprintu Mezoderma Ektoderma Endoderma Ratajczak et al. Leukemia 2007, 21, 860-867. Pierwotne komórki gamet (PGC) Gamety Mezoderma Ektoderma Endoderma
II. Najwcześniejsze rozwojowo komórki w dorosłych tkankach podlegaja regulacji insulinowymi czynnikami wzrostowymi
Primordial germ cells
Primordial germ cells
Primordial germ cells
Primordial germ cells VSEL?
Sygnałowanie Insulinowe Proliferacja komórek Efekty Metaboliczne
Piętno genomowe (imprint) w locus Ig2-H19 Ratajczak MZ et al. Leukemia 2013, 27:773-779
Piętno genomowe (imprint) w locus Ig2-H19 Jin-Yang locus Ratajczak MZ et al. Leukemia 2013, 27:773-779
Usuniecie imprintingu w locus Igf2-H19 w VSELs kontroluje ich proliferację
Usunięcie pietna genomowego (imprintingu) w locus IGF2-H19 w pierwotnych komórkach zarodkowych i VSELs Normal Somatic Imprint Erasure of Imprint Ratajczak MZ et al. Leukemia 2013, 27:773-779
Usunięcie piętna genomowego (imprintingu) w locus IGF2-H19 w pierwotnych komórkach zarodkowych i VSELs Ratajczak MZ et al. Leukemia 2013, 27:773-779
Komórki VSEL wykazują zmniejszoną wrazliwość na insulinopodobne czynniki wrostowe.
III. Najwcześniejsze rozwojowo komórki w dorosłych tkankach a procesy starzenia i nowotworzenia
Sygnałowanie Insulinowe Proliferacja komórek Efekty Metaboliczne
Oś - Hormon wzrostu/insulina/igf-1 Restrykcja kaloryczna Hormon wzrostu Insulina Insulin-like growth factor-1
Oś - Hormon wzrostu/insulina/igf-1 Restrykcja kaloryczna Hormon wzrostu Insulin-like growth factor-1 Insulina Wydłużenie przeżycia Mniejsze ryzyko nowotworzenia
Oś - Hormon wzrostu/insulina/igf-1 Restrykcja kaloryczna Hormon wzrostu Insulin-like growth factor-1 Insulina Wydłużenie przeżycia Mniejsze ryzyko nowotworzenia Dieta wysoko kaloryczna Hormon wzrostu Insulina Insulin-like growth factor-1
Oś - Hormon wzrostu/insulina/igf-1 Restrykcja kaloryczna Hormon wzrostu Insulin-like growth factor-1 Insulina Wydłużenie przeżycia Mniejsze ryzyko nowotworzenia Dieta wysoko kaloryczna Hormon wzrostu Insulin-like growth factor-1 Insulina Skrócenie przeżycia Zwiększone ryzyko nowotworzenia
Insulina/Insulinowo podobne czynniki wzrostu a starzenie Zmniejszone sygnałowanie w wyniku mutacji = wydłużone przeżycie Drożdze Robaki Muszka owocowa Myszy
Os Hormon Wzrostu/Insulina/IGF- 1 oraz IGF-2 w Starzeniu Niski poziom IGF-1 we krwi długożyjące myszy - Laron dwarfs - Ames dwarfs - GH -/- mice - PAPP-A -/- - RasGRF1 -/- mice Wysoki poziom IGF-1 we krwi krótkożyjące myszy - bgh transgenic mice - Igf-2 transgenic mice
VSEL ratio No. of Sca-1 + lin - CD45 - cells per 10 6 BMMNC/body weight HSC ratio No. of Sca-1 + lin - CD45 + cells per 10 6 BMMNC/body weight Wzrost VSELs (lewy panel) and KKM (prawy panel) u 2 miesięcznych i 2 letnich myszy karłow Larona (GHR -/- ) w porównaniu do myszy kontrolnych (GHR +/- ). * * * * GHR +/- GHR -/- GHR +/- GHR -/- GHR +/- GHR -/- GHR +/- GHR -/- 2 months old 2 years old 2 months old 2 years old Kucia M. et al. AGE 2013; 35:315 330
VSEL ratio No. of Sca-1 + lin - CD45 - cells per 10 6 BMMNC/body weight HSC ratio No. of Sca-1 + lin - CD45 + cells per 10 6 BMMNC/body weight Spadek VSELs (lewy panel) and KKM (prawy panel) u 6 miesiecznych i 1 rocznych myszy transgenicznych z genem hormonu wzrostu w porównaniu do myszy kontrolnych normal bgh normal bgh normal bgh normal bgh 6 months 1 year 6 months 1 year Kucia M. et al. AGE 2013; 35:315 330
2-letnie myszy karły Larona sa płodne Mysz kontrolna Mysz karzeł Larona
Starzenie Mam dużo VSELs!!! Ja już nie!!!
Zawartość VSELs [%] Liczba komórek VSEL w szpiku zmniejsza się z wiekiem 0.08 0.07 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 0.00 2 4 7 10 12 18 24 36 Wiek myszy [miesiące]
Zawartość VSELs [%] Liczba komórek VSEL w szpiku zmniejsza się z wiekiem 0.08 0.07 Wyzwanie dla nowoczesnej farmakologii!!! 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 0.00 2 4 7 10 12 18 24 36 Wiek myszy [miesiące]
Nowotwory wywodzą się z populacji komórek macierzystych Nowotwory wzrastają raczej ze zmutowanych komórek macierzystych, niż z komórek somatycznych ulegających odróżnicowaniu. Komórki macierzyste nowotworu są odpowiedzialne za jego wzrost, odnowę oraz przerzutowanie. Nowotworzenie wiąże się z nieprawidłowymi mechanizmami kontrolującymi regenerację tkanek oraz samoodnowę komórek macierzystych. Obecność nowotworów towarzyszących chronicznym stanom zapalnym potwierdza model nowotworu, jako efektu ciągłych procesów naprawczo-regeneracyjnych.
Teoria powstawania nowotworow z tzw. resztek embrionalnych 1829 J. Recamier; 1854 R. Remak; 1958 R. Virchow Zaproponowali, że nowotwory powstają z przetrwałych tkanek płodowych. 1874 F. Durante; 1875 J. Cohnheim Sugerowali, że w tkankach znajdują się komórki embrionalne, które jeśli ulegną aktywacji, tworzą nowotwory. 1910 Wright Zaproponował, że guz Willmsa (nephroblastoma) wywodzi się z komórek zarodkowych 1911 J. Beard Nowotwory powstają z trofoblastu lub przetrwałych komórek zarodkowych Rudolf Virchow Julius Cohnheim John Beard
VSEL HSC MNC VSEL HSC MNC VSEL HSC MNC VSEL HSC MNC Fold difference (mrna) Fold difference (mrna) Fold difference (mrna) Fold difference (mrna) Dane potwierdzające powstawanie nowotworów z komórek linii zarodkowej Obecność klasycznych guzów linii germinalnej miednica, sródpiersie, mózg. np. nasieniak, guzy jajnika, yolk sac tumor, teratoma, teratocarcinoma Obecność tzw. Cancer Testis (C/T) Antigens w komórkach wielu guzow litych (np., guzach zoladka, pluc, watroby, pecherza moczowego, czerniaku, medulloblastoma, miesakach dzieciecych). 250 200 150 100 50 MAGE-A2 500 400 300 200 100 MAGE-A10 200 150 100 50 MAGE-B3 60 50 40 30 20 10 Ssbx1 VSELs wykazują ekspresje C/T Antigens 0 0 0 0 Wykrywanie obecności gonadortopiny lozyskowej (hcg) oraz/lub antygenu karcyembrionalnego (CEA) w przebiegu szeregu nowotworów Ekspresja Oct-4 w komórkach wielu guzów nowotworowych (np. raka żołądka, płuc, pęcherza moczowego, guzach sluzówki jamy ustnej). Ratajczak et al. Am J Pathology 2009, 174, 1985-1992.
Utrata piętna genomowego w zespole Beckwith-Wiedemanna Normal Somatic Imprint Loss of Imprint (LOI) Ratajczak MZ et al. Leukemia 2013, 27:773-779
Utrata pietna genomowego w zespole Beckwith-Wiedemanna Ratajczak MZ et al. Leukemia 2013, 27:773-779
Karły Larona Defekt receptora hormonu wzrostu w wątrobie bardzo niski poziom krązącego IGF-I w surowicy krwi
Karły Larona Defekt receptora hormonu wzrostu w wątrobie bardzo niski poziom krązącego IGF-I w surowicy krwi
Insulina Insulino podobne czynniki wzrostowe i ich wplyw na VSELs Zmniejszenie stymulowania insuliną oraz insulino podobnymi czynnikami wzrostowymi: - Chroni VSELs przed przedwczesnym starzeniem - Zapewnia prawidłowa regenerację narządów. Przewlekłe stymulowanie insuliną oraz insulino podobnymi czynnikami wzrostowymi : - Przedwczesne starzenie i eliminacja VSELs z tkanek - Ryzyko ransformacji nowotworowej.
Problemy do zapamiętania Komórka macierzysta totipotencjalna a pluripotencjalna Definicja komórki macierzystej ukierunkowanej tkankowo Potencjalne źródła komórek pluripotencjalnych dla medycyny regeneracyjnej plusy i minusy Plastyczność krwiotwórczych komórek macierzystych alternatywne mechanizmy wyjaśniające Nisze tkankowe KM Krążenie komórek macierzystych w ustroju Rola KM lokalnych i krążących w regeneracji narządów Komórki VSELs pochodzenie i potencjalna rola w ustroju w stanach fizjologii i patologii Metylacja regionu regulatorowego genu Igf2-H19 w fizjologii i patologii KM