23

Őssejtek és hemopoiézis

1/23

Sejtsorsok • Sejtosztódás • Sejt differenciáció – sejtvonulatok – szövetek (több sejtvonulat)

• Sejt pusztulás

Sejtvonulat – az őssejtek és azok utódai egy adott szöveti sejt differenciációja során (őssejtek, a belőlük fejlődött progenitor, prekurzor és differenciált sejtjekkel együtt)

2/23

Az őssejt elmélet és a „potencia” fokozatos csökkenése

•

embrionális őssejtek (ES) – totipotens őssejtek: az előlény minden differenciált sejttípusának kialakítására képes beleértve az extraembrionális szöveteket is (trophoblast, placenta). Megtermékenyített petesejt a 8 sejtes szedercsíra állapotig. – pluripotens őssejtek: az extraembrionális szövettípusok kivételével minden sejttípus képződhet belőle. A blastociszta (hólyagcsíra) belső sejtjei. – multipotens őssejtek: sokféle, de korlátozott számú különféle típusú szövet képzésére képes (pl. köldökzsinór vér őssejtek) 3/23

Embrionális és felnőttkori őssejtek • Embrionális őssejtek (ES): l. előző ábra • Felnőttkori vagy szöveti őssejtek: a felnőtt szervezet őssejt niche-ben elő olyan sejtek, melyek a szövetek regenerálására és különböző típusú sejtek képzésére képesek. – pluri (?), multi- és unipotens őssejtek Unipotens őssejt: csak egyféle sejttípus képzésére képes, pl. bőr őssejt.

– iPS – indukált pluripotens őssejt, génindukcióval kísérletesen létrehozott pluripotens sejtek

4/23

Az őssejtek tulajdonságai • Az őssejtek aszimmetrikusan osztódnak: az egyik utódsejt regenerálja az őssejt populációt (maga is őssejt marad), míg a másik elköteleződik differenciálódás irányába. • Amikor az őssejt populáció növelésére van szükség, az őssejtek szimmetrikusan is osztódhatnak (két őssejt keletkezik az osztódás során) • Őssejt tulajdonságok – differenciálatlan (a toti-, pluri-, multi- és unipotens őssejtek különböző mértékben differenciálatlanok) – önfenntartás – aszimmetrikus osztódás – gyakori G0 állapot (ritka osztódás) • a ritka osztódások késleltetik az osztódási szeneszencia kialakulását és csökkentik a sejtkárosító mutációk létrejöttének lehetőségét – apoptózis rezisztencia – multidrog rezisztencia (sejtkárosodás csökkentésére) – fejlett DNS kijavító mechanizmusok 5/23

Az őssejtek osztódása kétféle módon eredményezhet egy ős és egy differenciált sejtet

• •

Aszimmetrikus osztódás Aszimmetrikus sejteket eredményezhet aszimmetrikus környezet is

6/23

„Transit amplifying” sejtek

• •

•

őssejtek: ritkán osztódnak (a mutációk számának csökkentése miatt) ”transit amplifying” sejtek: differenciálódásra elkötelezett sejtek, melyek korlátozott számú osztódási cikluson mennek keresztül terminálisan differenciált sejtek

7/23

Őssejt markerek •

sejtfelszínen – különböző őssejt típusoknál (pl. hemopoietikus, bél, emlő, stb.) különbözőek – fontosak az őssejtek azonosításában és izolálásában – CD34+ és CD38- - pluripotens hemopoetikus őssejt • CD34+ - sejt felszíni glikoprotein, sejt-sejt kapcsolat (csontvelői stróma sejttel) kialakítása • CD34+ sejteket alkalmaznak csontvelő transzplantációra – Notch, kit, Wnt, SHH (sonic hedgehog): olyan faktorok, amelyek az őssejtek képzésében és fenntartásában vesznek részt

• multidrog rezisztencia, „side population” (SP)  Az SP (side population) sejtek kevéssé veszik fel a Hoechst fluoreszcens DNS festéket. A sejtek piros és kék Hoechst fluoreszcenciáját az X-Y-tengelyen ábrázolva kapjuk a trapezoid kapuban megjelenő SP sejteket. Az SP sejtek a teljes populáció kis részét teszik ki, hosszú élettartamú reprodukciós képességgel.  ABC transzporterek kifejezése  ABCG2, ABCB1 8/23

Őssejt búvóhelyek • Az őssejt búvóhely (niche) egy olyan speciális hely a szövetekben, ahol az őssejtek az élet folyamán perzisztálnak és megfelelő inger hatására szaporodhatnak. 9/23

A felnőttkori őssejtek biztosítják az élet során szükséges differenciált utódsejtek termelését

Totipotens (embrionális) → pluripotens (felnőttkori) → multipotens → unipotens sejtek. Két konkrét példa: • vékonybél epithelium • vérképzés 10/23

Őssejtek a vékonybél epitéliumban

• enterocita (abszorptív epiteliális sejt) • Paneth sejt • enteroendokrin sejt (APUD sejt) • kehely (goblet) sejt

multipotens szöveti őssejt

„transit amplifying” sejtek

11/23

Sejtsorsok a hemopoiezis során

12/23

A kolónia stimuláló faktorok (CSF) szabályozzák a hemopoiézist CFU - colony forming unit BFU - burst forming unit

Multipotent HSC

Multipotent hemetopoietic stem cell (HSC)

Multipotent HSC

• Glikoprotein növekedési faktorok (hormonok, citokinek, interleukinek) • Mindegyik sejtvonulat a CSF-ok egy bizonyos kombinációjával jellemezhető, pl. erythropoietin (EPO), stem cell factor (SCF), IL-3 és GM-CSF szükségesek a vörösvértest irányú differenciációhoz 13/23

A vérsejtek mennyiségét meghatározó szabályozható tényezők SZABÁLYOZHATÓ TÉNYEZŐ

progenitor sejt  “transit amplifying” sejt

1. Őssejt osztódás gyakorisága 2. Őssejt elhalás valószínűsége 3. Annak a valószínűsége, hogy egy leánysejt egy adott irányba elkötelezett progenitor sejt lesz

4. Az elkötelezett progenitor sejt sejtciklusának hossza

5. A progenitor sejt elpusztulásának valószínűsége

6. A progenitor sejt osztódásainak száma

7. A differenciált sejtek élettartama

14/23

A vérképző őssejtek stroma sejtek kontaktusaitól való függése: a vérképző őssejt niche Notch Notch ligand (jagged)

•

túlélési faktorok  a kontakt interakciók a legfontosabbak  nagy hatótávolságú (hormonális)

N-cadherin mindkét sejten

szignálok is jelen vannak •

egyik legfontosabb a kit ligandum (stem cell factor (SCF), steel factor) és a kit közötti

kölcsönhatás •

az SCF lehet membránhoz kötött és szolubilis

•

az őssejt és a stróma sejt által kifejezett Ncadherin által kialakított homofil kölcsönhatás tartja az őssejtet a G0 állapotban 15/23

A kit gén mutációjának hatása

Mind a csecsemő, mind az egér heterozigóta egy funkcióvesztéses Kit mutációra, ezért a Kit normális mennyiségének csak a fele van jelen bennük.

• kit receptor mutáció: • anémia (kevesebb vörösvértest) • sterilitás (germinális sejtek hiány) • fehér területek a bőrön (pigment sejt hiány) • immundeficiencia (limfocita hiány) 16/23

Az őssejtek orvosi vonatkozásai

a szövet bonyolultsága, a probléma nehézsége

Előnyök: • embrionális és szöveti őssejteket fel lehet használni károsodott szövetek és szervek helyreállítására.  a csontvelő helyreállítása (realitás)  a pancreas b sejtjeinek vagy a Parkinson betegségben károsodott dopaminerg neuronok helyreállítása (kísérleti)  egész szervek (szív, máj) újranövesztése (a jövő reménysége) • leukémia kezelés: 1. hemopoietikus őssejt izolálása; 2. a lekukémia elpusztítása a páciens nagy dózisú besugárzásával; 3. a csontvelő helyreállítása csontvelő (őssejt) transzplantációval • veleszületett rendellenességek gyógyítása génterápia után, pl. 1. hemopoietikus őssejt izolálása immunhiányos betegből; 2. az immunhiányért felelős gén helyettesítése az őssejtben; 3. a kijavított őssejtek visszaadása a betegnek. • differenciált szövetek és szervek növesztése őssejtekből tudományos kutatás céljából (etikai problémák elsősorban embrionális őssejtek felhasználása esetén)

Hátrányok: • a daganatok (valószínűleg) daganatos őssejtekből alakulnak ki  a daganatos őssejt alacsony osztódási rátája és MDR fenotípusa miatt nehéz őket kiirtani.

17/23

Tumor őssejtek Daganat őssejtek. Belőlük a daganat újra tud nőni. A daganat térfogatának nagy részét kitevő sejtek. Belőlük a daganat nem tud újranőni. A normál szövetekhez hasonlóan a daganatokban is található egy olyan kis sejtpopuláció, amelyből a többi daganatsejt képződik. Ezek a daganat őssejtek.

1

normális differenciáció

2

A daganat őssejt képződhet: 1. egészséges őssejtből 2. elkötelezett progenitor sejtekből, ha azok az önfenntartás képességét kialakítják

18/23

A daganat őssejt kihívásai • Tumor őssejtek kimutathatók hemopoietikus és szolíd tumorokban is. • A tumor őssejtek a normális őssejtekhez hasonló tulajdonságokkal bírnak. Terápiás szempontból jelentős:

• lassú osztódás • multidrog rezisztencia (ABC transzporterek (ABCB1=P-glikoprotein, ABCG2) kifejezése miatt)

kemoterápia

daganat őssejt a daganat nagy részét kitevő nem őssejtek

kemoterápia után

A daganat nagy részét kitevő sejtek is rezisztenssé válhatnak a kemoterápiára mutációk miatt. 19/23

Különböző őssejtek orvosi felhasználása

embrió

Totipotens őssejt Pluripotens őssejt Multipotens őssejt (köldökzsinór vérből) izolálás orvosi felhasználás céljából

Multipotens őssejt génterápia

felnőtt

Unipotens őssejt

tenyésztés, szaporítás terápiás felhasználás (transzplantáció)

Differenciált sejt

indukált pluripotens őssejt (iPS=induced pluripotent stem cell): differenciált sejtekből (fibroblaszt) 4 gén (Oct4, Sox2, Klf4 és c-Myc) vagy ezen 4 protein bevitele lehetővé pluripotens őssejtek kialakulását a sejtek újraprogramozása által. 20/23

Szövet specifikus őssejt traszplantáció

21/23

A nukleáris transzfer őssejteket kétfajta „klónozásra” lehet felhasználni

• •

Reproduktív klónozás: komplett új szervezet, egyed létrehozása Terápiás klónozás: ES sejtek felhasználása

Klón – genetikailag azonos egyedek összessége

22/23

Dolly, az első sikeres állati klón

23/23