Informacja

Co oznacza repopulacja i ekspansja w biologii komórek macierzystych?

Co oznacza repopulacja i ekspansja w biologii komórek macierzystych?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Studiowałam wykład o wpływie cytokin na hematopoezę i często używa tych dwóch terminów w kontekście wpływu regulatorów na hematopoetyczne komórki macierzyste:

  • Wszystkie ponownie zasiedlające się komórki HSC szpiku kostnego wykazują ekspresję receptora czynnika wzrostu fibroblastów (FGF), który wspiera ekspansję HSC
  • TPO może odgrywać rolę w promowaniu przeżycia ponownie zasiedlających się HSC, jednak przyczynia się zarówno do wytwarzania, jak i ekspansji HSC podczas ostatecznej hematopoezy.
  • Itp.

Zajrzałem do Internetu i szczerze walczyłem ze znalezieniem jakiejkolwiek formy definicji tych dwóch terminów. Są używane bardzo często, co sprawia, że ​​jest to trochę dziwne, zbyt szczerze.


Komórki macierzyste definiuje się jako komórki prekursorowe, które mają zdolność do samoodnawiania się i generowania wielu dojrzałych typów komórek. Dopiero po pobraniu i wyhodowaniu tkanek możliwa jest klasyfikacja komórek według tej koncepcji operacyjnej. Ta trudność w identyfikacji komórek macierzystych na miejscubez żadnej manipulacji ogranicza zrozumienie ich prawdziwej natury. Niniejszy przegląd ma na celu przedstawienie pracownikom służby zdrowia zainteresowanym tym obszarem przeglądu biologii embrionalnych i dorosłych komórek macierzystych oraz ich potencjału terapeutycznego.

Wszyscy autorzy zadeklarowali brak sprzecznych interesów.

CYTOWANIE TEN ARTYKUŁ: Chagastelles PC, Nardi NB. Biologia komórek macierzystych: przegląd. nerki inter., Suppl. 2011 1: 63–67.


Słowniczek dotyczący biologii komórek macierzystych

Biologia komórek macierzystych znajduje się w fazie dynamicznej ekspansji i tworzy powiązania z szeroką gamą dyscyplin podstawowych i stosowanych. Pole jest jednocześnie wystawione na publiczną i polityczną kontrolę. Wspólny język w społeczności komórek macierzystych jest ważnym narzędziem do spójnej prezentacji dla tych różnych odbiorców, nie tylko dlatego, że niektóre terminy w słowniku komórek macierzystych są używane inaczej w innych dziedzinach.

Podział asymetryczny Generowanie różnych losów potomstwa z pojedynczej mitozy. Podział zorientowany może umieszczać komórki potomne w różnych mikrośrodowiskach lub wewnętrzne determinanty mogą być segregowane tylko do jednego potomka. Obserwowane w niektórych, ale nie we wszystkich komórkach macierzystych, i może występować w innych typach komórek progenitorowych.

Komórki rakowe pochodzenia Komórka przedrakowa, która daje początek rakowej komórce macierzystej. Może to być zmutowana komórka macierzysta lub oddana komórka progenitorowa, która nabyła zdolność samoodnowy poprzez mutację.

Komórka inicjująca raka Termin ogólny, który obejmuje zarówno komórki rakowe pochodzenia, jak i komórki macierzyste raka.

rakowa komórka macierzysta Samoodnawiająca się komórka odpowiedzialna za podtrzymywanie nowotworu i wytwarzanie zróżnicowanego potomstwa, które stanowi większość nowotworu. Nowotworowe komórki macierzyste zidentyfikowane w białaczkach i niektórych guzach litych są kluczowymi celami terapeutycznymi.

Terapia zastępcza komórek Rekonstytucja tkanki poprzez funkcjonalne włączenie przeszczepionego potomstwa komórek macierzystych. Odmienne od troficznego, przeciwzapalnego lub immunomodulującego działania wprowadzonych komórek.

Analiza klonalna Badanie właściwości pojedynczych komórek. Niezbędny do formalnej demonstracji samoodnowy i potencji.

Zaangażowanie Angażowanie się w program prowadzący do zróżnicowania. Dla komórki macierzystej oznacza to wyjście z samoodnowy.

Embrionalna komórka macierzysta Pluripotencjalne linie komórek macierzystych pochodzące z wczesnych zarodków przed utworzeniem listków zarodkowych tkanki.

Założyciel/przodek/prekursor komórki Ogólne terminy dla komórki bez zdolności do samoodnowy, która przyczynia się do tworzenia tkanki. W niektórych przypadkach generują komórki macierzyste tkanki.

Nieśmiertelna nić Hipoteza selektywnej retencji macierzystych nici DNA podczas asymetrycznej samoodnowy. Potencjalny mechanizm ochrony komórek macierzystych przed mutacjami związanymi z replikacją.

In vitro komórka macierzysta Samoodnawianie ex vivo w komórkach, które nie zachowują się jawnie jak komórki macierzyste in vivo. Występuje w wyniku uwolnienia się od indukcyjnych sygnałów zaangażowania lub poprzez wytworzenie syntetycznego stanu komórek macierzystych.

Ogniwo utrzymujące etykietę Kandydat na dorosłe komórki macierzyste tkanek ze względu na wolne tempo podziału i/lub nieśmiertelne zatrzymanie nici. Interpretuj ostrożnie.

Gruntowanie linii Swobodna ekspresja w komórkach macierzystych genów związanych z programami różnicowania.

Rekonstytucja długoterminowa Dożywotnia odnowa tkanki przez przeszczepione komórki. Ostateczny test dla hematopoetycznych, naskórkowych i nasiennych komórek macierzystych. Test transplantacyjny może nie być odpowiedni dla wszystkich tkanek.

Nisza Mikrośrodowisko komórkowe zapewniające wsparcie i bodźce niezbędne do podtrzymania samoodnowy.

Plastyczność Nieudowodniony pogląd, że tkankowe komórki macierzyste mogą zwiększać siłę działania w odpowiedzi na wymagania fizjologiczne lub urazy.

Moc Zakres opcji zobowiązań dostępnych dla komórki.

Totipotencjalny Wystarczająca do uformowania całego organizmu. Totipotencję obserwuje się w komórkach zygoty i merystemów roślinnych, których nie wykazano dla żadnej komórki macierzystej kręgowca.

pluripotencjalny Potrafi tworzyć wszystkie linie komórkowe organizmu, w tym komórki rozrodcze, a także niektóre lub nawet wszystkie typy komórek pozaembrionalnych. Przykład: embrionalne komórki macierzyste.

Multipotencjalny Może tworzyć wiele linii, które tworzą całą tkankę lub tkanki. Przykład: hematopoetyczne komórki macierzyste.

Oligopotentny Zdolny do tworzenia dwóch lub więcej linii w tkance. Przykład: nerwowa komórka macierzysta, która może tworzyć podzbiór neuronów w mózgu.

Jednomocny Tworzy jedną linię rodową. Przykład: plemnikowe komórki macierzyste.

Komórka progenitorowa Ogólny termin określający każdą dzielącą się komórkę zdolną do różnicowania. Obejmuje domniemane komórki macierzyste, w których nie wykazano jeszcze samoodnowy.

Medycyna regeneracyjna Rekonstrukcja chorej lub uszkodzonej tkanki poprzez aktywację komórek endogennych lub przeszczep komórek.

Przeprogramowanie Wzrost potencji. Występuje naturalnie w organizmach regeneracyjnych (odróżnicowanie). Indukowany eksperymentalnie w komórkach ssaków przez transfer jądra, fuzję komórek, manipulację genetyczną lub in vitro kultura.

Samoodnawianie Cykle podziału, które wielokrotnie generują co najmniej jedną komórkę potomną równoważną komórce macierzystej z utajoną zdolnością do różnicowania. Jest to definiująca właściwość komórek macierzystych.

Komórka macierzysta Komórka, która może stale wytwarzać niezmienione córki, a także ma zdolność wytwarzania komórek potomnych o innych, bardziej ograniczonych właściwościach.

Homeostaza komórek macierzystych Trwałość puli komórek macierzystych tkanki przez całe życie. Wymaga zrównoważenia symetrycznej samoodnowy z różnicującymi podziałami na poziomie populacji lub trwałej asymetrycznej samoodnowy.

Stemness Nieudowodniony pogląd, że różne komórki macierzyste są regulowane przez wspólne geny i mechanizmy.

Tkankowa komórka macierzysta Pochodzi z lub rezyduje w tkance płodu lub osoby dorosłej, z mocą ograniczoną do komórek tej tkanki. W niektórych tkankach komórki te podtrzymują przemianę i naprawę przez całe życie.

Ogniwo wzmacniające tranzyt Proliferacyjne potomstwo komórek macierzystych przeznaczone do różnicowania. Początkowo może nie być zaangażowany i może zachować samoodnawianie.


Materiały i metody

Pobieranie komórek wątroby płodowej (FL) i analiza Western blot

Myszy gp130 FXXQ/FXXQ i gp130 FXXQ/FXXQ STAT5abΔN/ΔN wytworzono przez krzyżowanie heterozygot i genotypowanie PCR. Komórki FL E14.5 zebrano, jak opisano wcześniej, od myszy STAT5ab ΔN/ΔN [14], a następnie stymulowano z lub bez 50 ng/ml IL-6 przez 30 min. Analizę Western blot przeprowadzono zgodnie z opisem [15].

Przeszczep komórek FL i seryjne przeszczepy szpiku kostnego

Komórki FL wstrzykiwano przez żyłę ogonową boczną do śmiertelnie napromieniowanych pierwotnych biorców (1100 radów) albo same (niekonkurencyjne) albo zmieszane 1:1 z komórkami CD45.1 FL (kompetycyjne), jak opisano [14]. W przypadku niekonkurencyjnych przeszczepów FL, szpik kostny pobrano z obu tylnych kończyn (kości piszczelowej i udowej) pierwotnych biorców i przeszczepiono seryjnie przy użyciu co najmniej 5 x 106 komórek szpiku kostnego (1 dawca na 5 biorców). Do testów kompetycyjnych z ograniczaniem rozcieńczeń komórki FL zmieszano z radioochronną dawką dorosłych komórek BM 2휐 5 CD45.1 i wstrzyknięto przez żyłę ogonową napromieniowanych śmiertelnie (1100 rad) dorosłych myszy Boy J.


Podstawy hodowli komórek macierzystych

Do rozmnażania w laboratorium komórki macierzyste wymagają specjalistycznych, wysokiej jakości pożywek i specjalistycznych technik hodowli. Nieoptymalne warunki hodowli komórek macierzystych mogą łatwo prowadzić do niepożądanego różnicowania komórek macierzystych lub starzenia się komórek. Różnicowanie komórek macierzystych jest wyzwalane przez różne czynniki in vivo, z których niektóre można powielić w in vitro kultury komórek macierzystych. Niektóre linie komórek macierzystych są nieśmiertelne i mogą być hodowane w nieskończoność, dlatego konieczne jest wybranie odpowiedniego typu komórek macierzystych do zastosowania badawczego.

Ostatnie postępy w dziedzinie komórek macierzystych są spowodowane pojawieniem się technologii edycji genomu CRISPR i technik hodowli komórek 3D. Zaawansowane protokoły, takie jak te, które generują organoidy z iPSC, zapewniły naukowcom bardziej przewidywalne in vitro modele „choroby w naczyniu”.


Uwaga wydawcy: Springer Nature pozostaje neutralny w odniesieniu do roszczeń jurysdykcyjnych w opublikowanych mapach i powiązaniach instytucjonalnych.

Rysunek uzupełniający 1 Modele heteroprzeszczepów podskórnych i ortotopowych są dobrze zróżnicowane.

(a) Barwienie hematoksyliną i eozyną (H&E) podskórnego (s.c) heteroprzeszczepu Co100. Skala, 500 μm. Przedstawiciel 5 niezależnych nowotworów. (b) Barwienie immunofluorescencyjne s.c. Ksenografty Co100 dla mucyny-2 (MUC2), cytokeratyny 20 (CK20), jelitowej fosfatazy alkalicznej (IAP), alfa aktyny mięśni gładkich (aSMA), lizozymu EC, alfa defensyny-5 (aDef-5), wszystkie barwienia (żółte), barwnik jądrowy, Hoechst (niebieski). Słupki skali, 50 μm (wszystkie panele). Przedstawiciel 5 niezależnych nowotworów. (C oraz D) H&E, alcian niebieski (C) i immunofluorescencyjna F-aktyna (zielona) (D) barwienie s.c. modele nowotworu (Co100, CC09 i HCT-15), barwienie jądra, Hoechst (niebieski). Podziałki skali, 50 μm (C) lub 100 μm (D) Przedstawiciel 5 niezależnych nowotworów. (mi) Barwienie H&E ortotopowo przeszczepionych guzów Co100 i HCT-15 (ściana kątnicy). Skala, 500 μm. Przedstawiciel 3 niezależnych nowotworów. (F) Rosnące ortotopowo nowotwory Co100 wykazują ekspresję markerów różnicowania, jak wskazano (żółty). Barwa jądrowa, Hoechst (niebieska). Słupki skali, 100 μm. Przedstawiciel 3 niezależnych guzów

Rysunek uzupełniający 2 In vitro oraz in vivo walidacja LV-indLS2 system.

(a) Hodowle sklonowanych pojedynczych komórek LV-indLS2 stransdukowane linie komórkowe traktowano rosnącymi stężeniami 4-OH-Tamoksyfenu (TAM), ekspresję mStrawberry mierzono 7 dni po indukcji za pomocą cytometrii przepływowej. (b) Ekspresja mTruskawki jest losowo rozłożona wśród komórek Co100.G7 podobnych do łodygi (TOP-GFP wysoki ) lub bardziej zróżnicowanych (TOP-GFP niski ) Co100.G7 bezpośrednio po indukcji. (C) Etykietowanie mtruskawek jest stabilne w czasie i nie wpływa na zdolność klonowania. Sklonowana pojedyncza komórka LV-indLS2 transdukowane hodowle odpowiednio komórek Co100, HCT-15 i CC09 traktowano 4-OH-Tamoksyfenem lub hodowano nietraktowane jako kontrola, ekspresję mStrawberry mierzono w dniu 7 i dniu 42 po traktowaniu za pomocą cytometrii przepływowej. (a-c) Dane przedstawiono jako średnią ± SD, n = 3 niezależne eksperymenty. n.s., nieistotny, dwustronny test t-Studenta. (D) Obrazy konfokalne podskórnych heteroprzeszczepów guza Co100, 7 dni po indukcji wskazanymi stężeniami 4-OH-Tamoksyfenu. mStrawberry (czerwony), barwienie jądrowe, Hoechst (niebieski). Słupki skali, 100 μm. Przedstawiciele 3 guzów na grupę. (mi) Odsetek komórek mStrawberry + jest zależny od dawki, co określono za pomocą cytometrii przepływowej (n = 4 guzy na stan). (F, g) Obrazy konfokalne skrawków heteroprzeszczepu guza wykorzystano do automatycznego wykrywania obrazu fluorescencyjnego (FI) komórek mStrawberry + (F) i określono odsetek klonów pojedynczych komórek 7 dni po indukcji (g) (n = 10 skrawków guza na stan). Dawka 4-OH-tamoksyfenu 0,05 mg/mysz skutkowała indukcją optymalnej liczby klonów bez dowodów na kolizję klonów, indukcja zbyt wielu klonów skutkuje przeszacowaniem wielkości klonów. (mi-g) Dane są przedstawiane jako średnia ± SD. (h) Ocena ilościowa odległości między komórkami z różnych klonów 1 tydzień po indukcji klonalnej ze wskazanymi stężeniami 4-OH-Tamoksyfenu. Czerwone przerywane linie wskazują maksymalną odległość między komórkami w klonie

Rysunek uzupełniający 3 Śledzenie linii rodowej bez znaczników i wnioskowanie modelu dla dodatkowych modeli heteroprzeszczepów.

(a, b) Obrazy znakowanych klonów w guzach Co100 albo ortotopowo (a) lub podskórnie (b) przeszczepione myszom NSG. Skala, 250 μm. (C, D) Reprezentatywne obrazy znakowanych klonów w HCT-15 (C) i CC09 (D) heteroprzeszczepy we wskazanych punktach czasowych. mStrawberry (czerwony), F-Actin (zielony), barwnik jądrowy, Hoechst (niebieski). Skala, 250 μm. (mi-h) Przekrojowy rozkład wielkości klonów w czasie w ortotopowym Co100 (mi), podskórny Co100 (myszy NSG) (F), HCT-15 (g) i CC09 (h) heteroprzeszczepy. Przedstawiono eksperymentalnie zmierzone frakcje rosnących klonów we wskazanych przedziałach (czarne kropki) i model przewidywanego rozkładu wielkości klonu przy użyciu optymalnych parametrów dopasowania (linia przerywana). Dane przedstawiono jako średnią ± SEM, szary odcień reprezentuje 95% przedział ufności przewidywania. Dane źródłowe dla Ryciny Uzupełniającej 3 można znaleźć w Tabeli Uzupełniającej 1

Rycina uzupełniająca 4 Proliferacja jest związana z komórkami zrębu, ale nie z unaczynieniem lub niedotlenieniem.

(a) Obrazy ludzkiej tkanki pierwotnego raka jelita grubego. Komórki Ki67+ (żółty), miofibroblasty (aSMA, zielony). Barwa jądrowa, Hoechst (niebieska). Słupki skali, 0,5 mm (po lewej) i 100 μm (po prawej), reprezentujące 10 niezależnych guzów. (b) Odsetek komórek Ki67+ jest znacząco wyższy w regionie brzegowym (E) tkanki ludzkiego pierwotnego raka okrężnicy w porównaniu z centrum (C). (C) Średnia odległość komórek Ki67-ujemnych lub proliferujących (Ki67+) komórek nowotworowych do najbliższego fibroblastu aSMA+ w tkance pierwotnego raka okrężnicy. (b, C) Dane przedstawiono jako średnią ± SD, n = 10 guzów. (Dwustronny test rangowy par Wilcoxona dopasowanych par). (D-mi) Łupana Kaspaza-3 (zielona) (D) lub CD31 (żółty) (mi) ekspresja w obszarach krawędziowych (górnych) i środkowych (dolnych) w skrawku guza Co100. Barwienie jądrowe, Hoechst (niebieski). Skala, 100 μm (D) lub 200 μm (mi), przedstawiciel 5 nowotworów. (F) Barwienie immunohistochemiczne na HIF-1a na krawędzi (górna) i środkowa (dolna) guza Co100. Słupki skali, 100 μm, reprezentatywne dla 3 guzów. (g) Analiza wzbogacenia zestawu genów na profilach ekspresji RNA komórek zlokalizowanych na krawędzi i środku heteroprzeszczepów wskazuje na wzbogacenie pod względem replikacji DNA i zestawów genów cyklu komórkowego (wpisy w bazie danych Molecular Signatures M1017 i M5468) w regionie krawędziowym, ale nie pod kątem związanego z niedotlenieniem geny 43, n = 2 guzy na linię komórkową. (h) Barwienie immunofluorescencyjne dla aSMA (zielony) i Ki67 (żółty), w heteroprzeszczepach HCT-15 (górny panel) i CC09 (dolny panel). Barwa jądrowa, Hoechst (niebieska). Słupki skali, 100 μm. Prawe obrazy to powiększenia pudełka na lewym obrazie. (i) Średnia odległość wszystkich lub proliferujących (Ki67+) komórek nowotworowych do najbliższego fibroblastu aSMA+ w heteroprzeszczepach HCT-15 i CC09 (n = 20.000 komórek z 6 guzów na linię komórkową). (J) Średnia odległość wszystkich lub apoptotycznych (CC3+) komórek guza do najbliższego fibroblastu aSMA+ w guzach Co100 traktowanych oksaliplatyną-5FU (n = 20.000 komórek z 4 guzów). (i, J) Dane są przedstawiane jako średnia ± SEM, odległości porównano za pomocą sparowanego dwustronnego testu t-Studenta

Rysunek uzupełniający 5 Wzrost poszczególnych heteroprzeszczepów guza najlepiej dopasować przy użyciu modelu wzrostu powierzchniowego.

(a) Wzrost guza poszczególnych podskórnych heteroprzeszczepów guza Co100, HCT-15 i CC09 mierzono w czasie (czarne kropki). Linie ciągłe i przerywane reprezentują odpowiednio dopasowania modelu wykładniczego wzrostu objętości i powierzchni. Oba modele są wyposażone w początkową objętość ograniczoną od 0 do całkowitej objętości wstrzykiwanych komórek (0,1 mm 3 ). (b) Dobroć dopasowania mierzona za pomocą R 2 (R-kwadrat), porównując modele wzrostu powierzchniowego i wykładniczego objętości wskazują na lepsze dopasowanie modelu powierzchniowego dla prawie wszystkich guzów. Wartości R2 mniejsze od zera są zaokrąglane do zera. (C) Kryterium informacyjne Akaike (AIC) podobnie wskazało wzrost powierzchni jako najlepszy model do opisu danych (najlepszy model ma najniższą wartość AIC). (a-C) N = 29 (Co100), 25 (HCT-15) i 23 (CC09) guzy

Rysunek uzupełniający 6 Osteopontyna jest czynnikiem wydzielanym przez fibroblasty, który zwiększa klonogenność.

(a) Komórki Co100 wysiewano przylegająco jako pojedyncze komórki, z lub bez kondycjonowanej pożywki z ludzkimi lub mysimi pierwotnymi fibroblastami jelitowymi. 3 dni po wysianiu komórki wybarwiono pod kątem F-aktyny (zielony) i barwnika jądrowego Hoechst (niebieski). Słupki skali, 100 μm, reprezentujące 10 obrazów na stan. (b) Kwantyfikacja wielkości klonów danych pokazanych w panelu (a), n = 10 obrazów na warunek. (C) Proliferacja komórek Co100 rosnących w mieszaninie zredukowanej pożywki wzrostowej i pożywki kondycjonowanej fibroblastami, 3 dni po wysianiu, n = 3 powtórzenia, dane przedstawiono jako średnia ± SD. (D) Analiza ekspresji mysich genów, specyficznie kodujących białka sekrecyjne, uzyskana z danych RNAseq z 3 różnych modeli heteroprzeszczepów, ujawniła Spp1, kodujący osteopontynę (OPN) jako najliczniej eksprymowany. (mi) In vitro traktowanie komórek Co100 rekombinowaną ludzką OPN (500 ng/ml) zwiększyło proliferację, n = 3 niezależne doświadczenia. (f, g) Analiza ekspresji OPN komórek Co100.OPN na mRNA (n = 1 eksperyment z 3 powtórzeniami technicznymi) (F) i wydzielanych białek (n = 2 niezależne eksperymenty) (g) przez odpowiednio qPCR i ELISA. (wag., Co100 typu dzikiego, neg, OPN - populacja Co100, OPN, OPN + populacja Co100) (np) Dane są przedstawiane jako średnia ± SD. (h) Względna częstotliwość klonowania (kolor) na rozmiar klonu (kolumny) w czasie (wiersze) dla guzów Co100.OPN. Przedstawiono liczbę klonów i guzów (między nawiasami). (i) Dobroć dopasowania (odwrotność i znormalizowana odległość najmniejszych kwadratów) w funkcji A i h na ekspandujących klonach (wielkość klonu > 1 komórka) w ksenoprzeszczepach Co100.OPN. Dane źródłowe przedstawiono w tabeli uzupełniającej 1. (J) Ekspresja Ki67 (żółty) w heteroprzeszczepach Co100.OPN, aSMA (zielony), barwienie jądra, Hoechst (niebieski). Słupki skali, 500 μm, reprezentatywne dla 8 guzów na grupę. Kwantyfikacja Ki67 (k) i aSMA (ja) ekspresja w heteroprzeszczepach Co100 (białe słupki) (aSMA, jak pokazano na Fig. 5h) i Co100.OPN (czerwone słupki). (n = 8 (Co100) i 12 (Co100.OPN) dla Ki67 oraz n = 10 (Co100) i 12 (Co100.OPN) dla aSMA . zastosowano test t-Studenta z tailed. Dane przedstawiono jako średnią ± SD

Rysunek uzupełniający 7 Przykładowa strategia bramkowania rysunku FACS.

Komórki selekcjonowano na wykresie punktowym FSC/SSC w celu usunięcia resztek, pojedyncze komórki bramkowano przy użyciu wykresu punktowego FSC-H/FSC-W. Komórki GFP+, mStrawberry+ lub PE+ były bramkowane i porównane z próbką kontrolną bez wykrywalnej ekspresji fluorochromu


Dyskusja

Zainspirowani zaskakującą obserwacją zależności potęgowej ekspansji komórek T od początkowej liczby komórek (3), opracowaliśmy prosty model matematyczny, w którym proliferacja komórek T jest stymulowana przez dynamicznie zmieniającą się liczbę pokrewnych cząsteczek pMHC i wykazaliśmy, że jest to naturalnie daje obserwowane prawo potęgowe. Następnie zbadaliśmy bardziej ogólnie, w jaki sposób liczba komórek T, powinowactwo TCR do antygenu i dynamika prezentacji pMHC łączą się, aby regulować ekspansję komórek T w różnych reżimach. Testując te wyniki w porównaniu z innymi eksperymentalnymi zestawami danych, odkryliśmy, że nasz model prawidłowo przewiduje zależność potęgową ekspansji komórek T od powinowactwa do antygenów o niskim powinowactwie (6), związek ilościowy, który wcześniej nie był doceniany. W odniesieniu do szczepienia, nasz model ponadto przewiduje obserwowaną zwiększoną skuteczność rozciągania ustalonej całkowitej dawki antygenu przez kilka dni (7) i dostarcza testowalnych prognoz dotyczących optymalizacji dawkowania antygenu.

Rdzeniem naszego modelu jest to, że ekspansja komórek T jest regulowana przez dynamicznie zmieniające się poziomy prezentowanych antygenów. Zakłada się, że dynamika pMHCs charakteryzuje się szybkim przetwarzaniem antygenów przez komórki prezentujące antygen, po którym następuje wolniejszy rozpad. Pierwsze założenie szybkiej obróbki wydaje się dobrze uzasadnione w przypadku podskórnego wstrzykiwania antygenów stosowanych w ref. 3, ale może być bardziej wątpliwe w ref. 6, gdzie wykorzystywane są żywe bakterie replikujące, ponieważ może to prowadzić do dalszego przetwarzania nowych antygenów przez komórki dendrytyczne. Jednakże, ponieważ obciążenie bakteryjne gwałtownie spada po osiągnięciu szczytu w 3 dniu po zakażeniu (17, 18), nowo wytworzone pMHC prawdopodobnie odgrywają niewielką rolę w porównaniu z rotacją już prezentowanych pMHC w późnych stadiach zakażenia analizowanych na ryc. 2. Drugie założenie rozpadu prezentowanych pMHC jest dobrze potwierdzone eksperymentalnie (8, 9) i ma znane podstawy mechanistyczne (12, 13). Co więcej, nasze wywnioskowane stałe rozpadu mieszczą się w zakresie stałych rozpadu raportowanych dla różnych antygenów związanych z komórkami dendrytycznymi (8) i są również z grubsza zgodne z bezpośrednimi pomiarami zmniejszenia zdolności stymulacyjnych komórek prezentujących antygen u myszy transgenicznych po wyłączeniu indukowalna produkcja antygenu (9). Jednym z ograniczeń naszego modelu, szczególnie w przypadku replikacji antygenów, jest to, że zaniedbaliśmy jakikolwiek wpływ gęstości pMHC specyficznej dla epitopu na powierzchni komórki prezentującej antygen, co może również odgrywać rolę w określaniu stymulacji i ekspansji limfocytów T (19 ).

Wykazano, że kinetyka podawania antygenu wpływa na wielkość odpowiedzi immunologicznych komórek T (7) i komórek B (20). Odkrycie to ma implikacje dla racjonalnego projektowania strategii szczepień (21), ale pozostają otwarte pytania dotyczące tego, jak zoptymalizować dawkowanie w celu uzyskania dużej odpowiedzi i/lub wysokiego powinowactwa komórek odpowiadających (20). Nasze modelowanie sugeruje, że wykładniczo rosnące dawki są bliskie optymalnemu dla maksymalizacji wielkości odpowiedzi komórek T. Ponadto stwierdzamy, że selekcja pod kątem wyższego powinowactwa jest najsilniejsza, gdy komórki T konkurują o stymulację antygenem. Przewiduje się zatem, że selekcja pod kątem powinowactwa będzie bardziej rygorystyczna dla niższych lub wolniej rosnących poziomów antygenu oraz dla większych lub szybciej rosnących wcześniejszych populacji komórek T. Może to mieć ważne implikacje dla wzorców immunodominacji w zakażeniach pierwotnych i wtórnych: W zakażeniach wtórnych oczekuje się, że konkurencja będzie silniejsza, ponieważ istniejące wcześniej komórki pamięci specyficzne dla patogenu są zwykle obecne w większej liczbie i mogą również szybciej się namnażać.

Patrząc w przyszłość, nasz model można by jeszcze bardziej rozszerzyć, aby był bardziej realistyczny. Uwzględnienie stochastyczności pojedynczej komórki mogłoby pomóc wyjaśnić, w jaki sposób dochodzi do powtarzalnej ekspansji na poziomie populacji pomimo stochastyczności na poziomie pojedynczej komórki (22) i umożliwiłoby również powiązanie z niedawnymi badaniami eksperymentalnymi, które ujawniły znaczną heterogeniczność odpowiedzi immunologicznych pojedynczych komórek (23). ). Ponadto model można rozszerzyć, aby uwzględnić różne kompartmenty (różne węzły chłonne, śledziona, różne tkanki) (2) i podtypy komórek T (4) zaangażowane w odpowiedź immunologiczną. Niejednorodność przestrzenna lub komórkowa może tworzyć oddzielne nisze, w których limfocyty T konkurują o proliferację i przeżycie, co może zapewnić kolejną warstwę regulacji ekspansji limfocytów T.

Wśród otwartych pytań postawionych w naszym badaniu wyróżniamy dwa. Po pierwsze, w jaki inny sposób, poza regulowaniem ekspansji komórek T podczas ostrej infekcji, poziomy prezentacji antygenu mogą wpływać na populacje komórek T i czy odgrywają one rolę w selekcji grasicy lub dynamice naiwnych komórek T rywalizujących o własne antygeny? W szczególności, ostatnie prace w dziedzinie ekologii (24) sugerują, że wypas limfocytów T, który zużywa antygeny, może pozwolić na współistnienie zróżnicowanego repertuaru naiwnego pomimo konkurowania o własne antygeny. Po drugie, regulację dynamiki populacji komórek T można osiągnąć poprzez dostrojenie parametrów systemu. Na przykład inteligentna kontrola czasu życia prezentowanych kompleksów pMHC może indukować „właściwą” ilość amplifikacji komórek T. Czy parametry systemu ewoluowały tak, aby były bliskie optymalnym i/lub czy niektóre parametry mogą być również regulowane podczas odpowiedzi immunologicznej, aby zapewnić silną odpowiedź na infekcje, jednocześnie unikając autoimmunizacji?


Bibliografia

Zhang, J. i in. Identyfikacja niszy krwiotwórczych komórek macierzystych i kontrola wielkości niszy. Natura 425, 836–841 (2003).

Calvi, L.M. i in. Komórki osteoblastyczne regulują niszę krwiotwórczych komórek macierzystych. Natura 425, 841–846 (2003).

Kollet, O. i in. Osteoklasty degradują składniki śródkostne i sprzyjają mobilizacji hematopoetycznych komórek progenitorowych. Nat. Med. 12, 657–664 (2006).

Scadden, DT Nisza komórek macierzystych jako jednostka działania. Natura 441, 1075–1079 (2006).

Kiel, MJ & Morrison, SJ Niepewność w niszach utrzymujących hematopoetyczne komórki macierzyste. Nat. Wielebny Immunol. 8, 290–301 (2008).

Hooper, AT i in. Wszczepienie i rekonstytucja hematopoezy zależy od regeneracji komórek śródbłonka sinusoidalnego za pośrednictwem VEGFR2. Komórka Komórka Macierzysta 4, 263–274 (2009).

Heissig, B. i in. Rekrutacja komórek macierzystych i progenitorowych z niszy szpiku kostnego wymaga uwalniania liganda Kit za pośrednictwem MMP-9. Komórka 109, 625–637 (2002).

Lane, SW, Scadden, DT & Gilliland, DG Nisza białaczkowych komórek macierzystych: obecne koncepcje i możliwości terapeutyczne. Krew 114, 1150–1157 (2009).

Avecilla, ST i in. Do trombopoezy wymagana jest mediowana chemokinami interakcja komórek progenitorowych krwiotwórczych z niszą naczyniową szpiku kostnego. Nat. Med. 10, 64–71 (2004).

Butler, JM, Kobayashi, H. i Rafii, S. Pouczająca rola niszy naczyniowej w promowaniu wzrostu guza i naprawy tkanek przez czynniki angiokrynowe. Nat. Ks. Rak 10, 138–146 (2010).

Ding, B. i in. Do regeneracji wątroby wymagane są indukcyjne sygnały angiokrynne ze śródbłonka zatok. Natura doi:10.1038natura09493 (2010).

Butler, J.M. i in. Komórki śródbłonka są niezbędne do samoodnowy i ponownego zasiedlania krwiotwórczych komórek macierzystych zależnych od Notch. Komórka Komórka Macierzysta 6, 251–264 (2010).

Libby, P., Ridker, P.M. & Maseri, A. Zapalenie i miażdżyca. Krążenie 105, 1135–1143 (2002).

Folkman, J. Angiogeneza w chorobach nowotworowych, naczyniowych, reumatoidalnych i innych. Nat. Med. 1, 27–31 (1995).

Fernandez, L. i in. Czynnik martwicy nowotworu alfa i komórki śródbłonka modulują sygnalizację Notch w mikrośrodowisku szpiku kostnego podczas stanu zapalnego. Do potęgi. Hematol. 36, 545–558 (2008).

Tak, J.S. i in. Czynniki wzrostu fibroblastów-1 i -2 zachowują długoterminową zdolność do repopulacji hematopoetycznych komórek macierzystych w hodowlach wolnych od surowicy. Komórki macierzyste 24, 1564–1572 (2006).

Seandel, M. i in. Generowanie funkcjonalnej i trwałej niszy naczyniowej przez adenowirus E4ORF1 gen. Proc. Natl Acad. Nauka. USA 105, 19288–19293 (2008).

Shiojima, I. i Walsh, K. Rola sygnalizacji Akt w homeostazie naczyń i angiogenezie. Okr. Res. 90, 1243–1250 (2002).

Phung, T.L. i in. Patologiczna angiogeneza jest indukowana przez przedłużoną sygnalizację Akt i hamowana przez rapamycynę. Komórka rakowa 10, 159–170 (2006).

Pages, G. i in. Sygnalizacja angiogenezy poprzez kaskadę kinazy p42/p44 MAP. Anny. Nowy Jork Acad. Nauka. 902, 187–200 (2000).

Matsunaga, T., Kato, T., Miyazaki, H. i Ogawa, M. Trombopoetyna promują przeżycie mysich komórek krwiotwórczych długoterminowo odtwarzających: porównanie z działaniem ligandu FLT3/FLK-2 i interleukiny-6. Krew 92, 452–461 (1998).

Nemeth, M.J., Topol, L., Anderson, S.M., Yang, Y. & Bodine, D.M. Wnt5a hamuje kanoniczną sygnalizację Wnt w hematopoetycznych komórkach macierzystych i zwiększa repopulację. Proc. Natl Acad. Nauka. USA 104, 15436–15441 (2007).

Zhang, CC i Lodish, H.F. Insulinopodobny czynnik wzrostu 2 wyrażony w nowej populacji komórek wątroby płodu jest czynnikiem wzrostu dla hematopoetycznych komórek macierzystych. Krew 103, 2513–2521 (2004).

Humar, R., Kiefer, F.N., Berns, H., Resink, T.J. & Battegay, E.J. Niedotlenienie wzmaga proliferację komórek naczyń i angiogenezę in vitro poprzez sygnalizację zależną od rapamycyny (mTOR). FASEB J. 16, 771–780 (2002).

Potente, M. i in. Udział czynników transkrypcyjnych Foxo w angiogenezie i neowaskularyzacji poporodowej. J. Clin. Inwestować. 115, 2382–2392 (2005).

Sun, J.F. i in. Wzorowanie mikronaczyniowe jest kontrolowane przez precyzyjne dostrojenie sygnału Akt. Proc. Natl Acad. Nauka. USA 102, 128–133 (2005).

Huynh, H. i in. Białko wiążące insulinopodobny czynnik wzrostu 2 wydzielane przez linię komórek onkogennych wspiera ekspansję ex vivo mysich hematopoetycznych komórek macierzystych. Komórki macierzyste 26, 1628–1635 (2008).

Zhang, CC, Kaba, M., Iizuka, S., Huynh, H. & Lodish, H.F. Angiopoetin-like 5 i IGFBP2 stymulują ekspansję ex vivo krwiotwórczych komórek macierzystych ludzkiej krwi pępowinowej, co oznaczono za pomocą przeszczepu NOD/SCID. Krew 111, 3415–3423 (2008).

Han, W., Ye, Q. & Moore, M.A. Rozpuszczalna forma ludzkiego Delta-like-1 hamuje różnicowanie krwiotwórczych komórek progenitorowych. Krew 95, 1616–1625 (2000).

Sygnalizacja Gering, M. & Patient, R. Hedgehog jest wymagana do tworzenia komórek macierzystych krwi dorosłej w zarodkach danio pręgowanego. Odw. Komórka 8, 389–400 (2005).

Goldman, D.C. i in. BMP4 reguluje niszę krwiotwórczych komórek macierzystych. Krew 114, 4393–4401 (2009).

Fleming, H.E. i in. Sygnalizacja Wnt w niszy wymusza uśpienie krwiotwórczych komórek macierzystych i jest niezbędna do zachowania samoodnowy in vivo. Komórka Komórka Macierzysta 2, 274–283 (2008).

Kopp, H.G. i in. Aktywacja Tie2 przyczynia się do regeneracji hemangiogennej po mielosupresji. Krew 106, 505–513 (2005).

Kopp, H.G. i in. Trombospondyny rozmieszczone przez komórki trombopoetyczne determinują zmianę angiogeniczną i zakres rewaskularyzacji. J. Clin. Inwestować. 116, 3277–3291 (2006).

Dimmeler, S. & Zeiher, A.M. Akt zajmuje centralne miejsce w sygnalizacji angiogenezy. Okr. Res. 86, 4–5 (2000).

Cross, MJ i Claesson-Welsh, L. FGF i VEGF działają w angiogenezie: szlaki sygnałowe, odpowiedzi biologiczne i hamowanie terapeutyczne. Trendy Pharmacol. Sci 22, 201–207 (2001).

Rafii, S. i in. Izolacja i charakterystyka komórek śródbłonka mikronaczyniowego ludzkiego szpiku kostnego: adhezja hematopoetycznych komórek progenitorowych. Krew 84, 10–19 (1994).

Tang, E.D., Nunez, G., Barr, FG i Guan, KL Negatywna regulacja czynnika transkrypcyjnego widełkowego FKHR przez Akt. J. Biol. Chem. 274, 16741–16746 (1999).

Sarbassov, DD, Guertin, DA, Ali, SM & Sabatini, DM Fosforylacja i regulacja Akt/PKB przez kompleks rictor-mTOR. Nauki ścisłe 307, 1098–1101 (2005).


Część I: Wprowadzenie do komórek macierzystych

Rozdział 1. Dlaczego badania nad komórkami macierzystymi? Postępy w tej dziedzinie

1.1 Początki technologii komórek macierzystych

1.2 Organizacje promujące i wspierające rozwój sektora komórek macierzystych

1.3 Zastosowania komórek macierzystych w medycynie

1.4 Wyzwania związane z używaniem komórek macierzystych

Rozdział 2. „Stemity”: definicje, kryteria i normy

2.6 Skąd pochodzą komórki macierzyste?

2.7 Komórki macierzyste wczesnego zarodka

2.8 Ontogenia Dorosłych Komórek Macierzystych

2.9 W jaki sposób identyfikowane są, izolowane i charakteryzowane komórki macierzyste?

2.12 Macierz: postęp w molekularnej definicji komórek macierzystych

Rozdział 3. Pluripotencjalne komórki macierzyste z zarodków kręgowców: teraźniejszość i przyszłe wyzwania

3.2 Biologia komórek ES i ESL

Rozdział 4. Embrionalne komórki macierzyste w perspektywie

4.1 Zarodkowe komórki macierzyste w perspektywie

Rozdział 5. Rozwój koncepcji nabłonkowych komórek macierzystych

5.2 Definicja komórek macierzystych

5.3 Hierarchicznie zorganizowane populacje komórek macierzystych

5.5 Jelitowy układ komórek macierzystych

5.6 Organizacja komórek macierzystych na języku

Część II: Podstawowa biologia i mechanizmy

Rozdział 6. Nisze komórek macierzystych

6.1 Hipoteza niszy komórek macierzystych

6.2 Nisze komórek macierzystych w Drosophila Linia zarodkowa

6.3 Nisza komórek macierzystych linii zarodkowej w Drosophila Jajnik

6.4 Nisza komórek macierzystych linii zarodkowej w Drosophila Jądra

6.5 Koordynacyjna kontrola utrzymania i proliferacji komórek macierzystych linii zarodkowej i somatycznych komórek macierzystych

6.6 Elementy konstrukcyjne niszy

6.7 Nisze komórek macierzystych w tkankach ssaków

Rozdział 7. Mechanizmy samoodnowy komórek macierzystych

7.1 Samoodnawianie pluripotencjalnych komórek macierzystych

7.2 Zapobieganie różnicowaniu

7.3 Utrzymanie proliferacji komórek macierzystych

7.4 Utrzymanie długości telomerów

7,5-krotna dezaktywacja chromosomów

Rozdział 8. Regulatory cyklu komórkowego w komórkach macierzystych

8.2 Kinetyka cyklu komórkowego komórek macierzystych W Vivo

8.3 Ekspansja komórek macierzystych Ex Vivo

8.4 Regulacja cyklu komórkowego ssaków i zależne od cyklin inhibitory kinaz

8.5 Rola zależnych od cyklin inhibitorów kinaz w regulacji komórek macierzystych

8.6 Role p21 w regulacji komórek macierzystych

8.7 Role p27 w regulacji komórek macierzystych

8.8 Other Cyclin-Dependent Kinase Inhibitors and the Retinoblastoma Pathway in Stem Cell Regulation

8.9 Relation Between Cyclin-Dependent Kinase Inhibitors and Transforming Growth Factor β-1

8.11 Summary and Future Directions

Chapter 9. How Cells Change Their Phenotype

9.1 Metaplasia and Transdifferentiation

9.2 Examples of Transdifferentiation

9.5 Bone Marrow to Other Cell Types

9.6 Dedifferentiation as a Prerequisite for Transdifferentiation

9.7 How to Change a Cell’s Phenotype Experimentally

Part III: Tissue and Organ Development

Chapter 10. Differentiation in Early Development

10.1 Preimplantation Development

10.2 Cell Polarization Occurs During Compaction

10.3 Axis Specification During Preimplantation in the Mouse

10.4 Developmental Potency of the Early Mouse Embryo

10.5 Genes Important During Preimplantation Mouse Development

10.6 From Implantation to Gastrulation

10.7 The Mouse Trophectoderm and Primitive Endoderm Cells

10.8 Development of the Mouse Inner Cell Mass to the Epiblast

10.10 Implantation: Maternal Versus Embryonic Factors

10.11 The Role of Extra-Embryonic Tissues in Patterning the Mouse Embryo

Chapter 11. Stem Cells Derived from Amniotic Fluid

11.1 Amniotic Fluid – Function, Origin, and Composition

11.2 Amniotic Fluid Mesenchymal Stem Cells

11.3 Amniotic Fluid Stem Cells

Chapter 12. Stem and Progenitor Cells Isolated from Cord Blood

12.1 Addressing Delayed Time to Engraftment and Graft Failure With CB

12.2 Cryopreservation of CB Cells

12.3 Induced Pluripotent Stem Cells Generated from CB

Chapter 13. The Nervous System

13.4 Neural Differentiation of Mouse ES Cells

13.5 Neural Differentiation of Human and Nonhuman Primate ES Cells

13.6 Developmental Perspectives

13.7 Therapeutic Perspectives

Chapter 14. Sensory Epithelium of the Eye and Ear

14.2 Introduction to Progenitor and Stem Cells in the Retina

14.3 The Optic Vesicle Generates Diverse Cell Types that can Undergo Transdifferentiation

14.4 W Vivo Neurogenesis in the Posthatch Chicken

14.5 Growth of Retinal Neurospheres from the Ciliary Margin of Mammals

14.6 Prospects for Stem Cell Therapy in the Retina

14.7 Development and Regeneration of Tissues Derived from the Inner Ear

14.8 W Vivo Neurogenesis in Postembryonic Animals

14.9 W Vitro Expansion of Otic Progenitors

14.10 Prospects for Therapy

Chapter 15. Epithelial Skin Stem Cells

15.1 A Brief Introduction to Mouse Skin Organization

15.2 The Bulge as a Residence of Epithelial Skin Stem Cells

15.3 Models of Epithelial Stem Cell Activation

15.4 Molecular Fingerprint of the Bulge – Putative Stem Cell Markers

15.5 Cell Signaling in Multipotent Epithelial Skin Stem Cells

15.6 Commentary and Future Directions

Chapter 16. Hematopoietic Stem Cells

16.1 Embryonic Stem Cells and Embryonic Hematopoiesis

16.2 Blood Formation in Embryoid Bodies

16.3 Transformation of an EB-Derived HSC by BCR/ABL

16.4 Promoting Hematopoietic Engraftment with STAT5 and HOXB4

16.5 Promoting Blood Formation W Vitro with Embryonic Morphogens

Chapter 17. Peripheral Blood Stem Cells

17.2 Types and Source of Stem Cells in the Peripheral Blood

17.3 Endothelial Progenitor Cells

17.4 Mesenchymal Stem Cells

17.5 Therapeutic Applications of Peripheral Blood Stem Cells

17.6 Conclusions and Future Directions

Chapter 18. Multipotent Adult Progenitor Cells

18.1 Pluripotent Stem Cells – Embryonic Stem Cells

18.2 Postnatal Tissue-Specific Stem Cells – Are Some More than Multipotent?

18.3 Can Pluripotency Be Acquired?

18.4 Isolation of Rodent MAPCs

18.5 Isolation of Human MAPCs

Chapter 19. Mesenchymal Stem Cells

19.1 The Definition of MSCs

19.2 The Stem Cell Nature of MSCs

19.3 Which Tissues Contain MSCS?

19.4 MSC Isolation Techniques

19.5 Immunomodulatory Effects of MSCS

19.6 Skeletal Tissue Regeneration by MSCS

19.7 Non-Skeletal Tissue Regeneration by MSCS

Chapter 20. Skeletal Muscle Stem Cells

20.2 The Original Muscle Stem Cell: The Satellite Cell

20.3 Functional and Biochemical Heterogeneity Among Muscle Stem Cells

20.4 Unorthodox Origins of Skeletal Muscle

20.5 The Muscle Stem Cell Niche

Chapter 21. Stem Cells and the Regenerating Heart

21.2 Recruiting Circulating Stem Cell Reserves

21.3 The Elusive Cardiac Stem Cell

21.4 Evolving Concepts of Regeneration

Chapter 22. Cell Lineages and Stem Cells in the Embryonic Kidney

22.1 The Anatomy of Kidney Development

22.2 Genes that Control Early Kidney Development

22.3 The Establishment of Additional Cell Lineages

22.4 What Constitutes a Renal Stem Cell?

Chapter 23. Adult Liver Stem Cells

23.1 Organization and Functions of Adult Mammalian Liver

Chapter 24. Pancreatic Stem Cells

24.2 Definition of Stem Cells and of Progenitor Cells

24.3 Progenitor Cells During Embryonic Development of the Pancreas

24.4 Progenitor Cells in the Adult Pancreas

24.5 Forcing Other Tissues to Adopt a Pancreatic Phenotype

Chapter 25. Stem Cells in the Gastrointestinal Tract

25.2 Gastrointestinal Mucosa Contains Multiple Lineages

25.3 Epithelial Cell Lineages Originate from a Common Precursor Cell

25.4 Single Intestinal Stem Cells Regenerate Whole Crypts Containing all Epithelial Lineages

25.5 Mouse Aggregation Chimeras Show that Intestinal Crypts are Clonal Populations

25.6 Somatic Mutations in Stem Cells Reveal Stem Cell Hierarchy and Clonal Succession

25.7 Human Intestinal Crypts Contain Multiple Epithelial Cell Lineages Derived from a Single Stem Cell

25.8 Bone Marrow Stem Cells Contribute to Gut Repopulation After Damage

25.9 Gastrointestinal Stem Cells Occupy a Niche Maintained by ISEMFs in the Lamina Propria

25.10 Multiple Molecules Regulate Gastrointestinal Development, Proliferation, and Differentiation

25.11 Wnt/β-Catenin Signaling Pathway Controls Intestinal Stem Cell Function

25.12 Transcription Factors Define Regional Gut Specification and Intestinal Stem Cell Fate

25.13 Gastrointestinal Neoplasms Originate in Stem Cell Populations

Chapter 26. Induced Pluripotent Stem Cells

26.1 Generation of iPS Cells

26.2 Molecular Mechanisms in iPS Cell Induction

26.3 Recapitulation of Disease Ontology and Drug Screening

26.5 Safety Concerns for Medical Application

Chapter 27. Embryonic Stem Cells: Derivation and Properties

27.1 Derivation of Embryonic Stem Cells

27.2 Culture of Embryonic Stem Cells

27.3 Developmental Potential of Embryonic Stem Cells

Chapter 28. Isolation and Maintenance of Murine Embryonic Stem Cells

28.2 Maintenance of Embryonic Stem Cells

28.5 Colony-Forming Assay for Testing Culture Conditions

28.6 Embryonic Stem Cell Passage Culture

28.7 Isolation of New Embryonic STEM Cell Lines

28.8 Method for Deriving Embryonic Stem Cells

Chapter 29. Approaches for Derivation and Maintenance of Human Embryonic Stem Cells: Detailed Procedures and Alternatives

29.3 Preparing and Screening Reagents

29.4 Mechanical Passaging of hES Cell Colonies

29.5 Derivation of hES Cells

29.6 Maintenance of Established hES Cell Cultures

29.9 hES Cell Quality Control

Chapter 30. Derivation and Differentiation of Human Embryonic Germ Cells

30.2 Human Embryonic Germ Cell Derivation

30.3 Embryoid Body-Derived Cells

Chapter 31. Genomic Reprogramming

31.2 Genomic Reprogramming in Germ Cells

31.3 Reprogramming Somatic Nuclei

Chapter 32. Neural Stem Cells – Therapeutic Applications in Neurodegenerative Diseases

32.2 Definition of Neural Stem Cells

32.3 Therapeutic Potential of Neural Stem Cells

32.4 Gene Therapy Using Neural Stem Cells

32.5 Cell Replacement Using Neural Stem Cells

32.6 ‘Global’ Cell Replacement Using Neural Stem Cells

32.7 Neural Stem Cells Display an Inherent Mechanism for Rescuing Dysfunctional Neurons

32.8 Neural Stem Cells as the Glue That Holds Multiple Therapies Together

Chapter 33. Adult Progenitor Cells as a Potential Treatment for Diabetes

33.1 Importance of β-Cell Replacement Therapy for Diabetes and the Shortage of Insulin-Producing Cells

33.2 Potential of Adult Stem-Progenitor Cells as a Source of Insulin-Producing Cells

33.3 Defining β-Cells, Stem Cells, and Progenitor Cells

33.4 New β-Cells are Formed Throughout Adult Life

33.5 What is the Cellular Origin of Adult Islet Neogenesis?

33.6 Transdifferentiation of Nonislet Cells to Islet Cells

33.7 Pancreatic Acinar Cell Transdifferentiation

33.8 Bone Marrow Cells as a Source of Insulin-Producing Cells

33.9 Liver as a Source of Insulin-Producing Cells

33.10 Engineering Other Non-β-Cells to Produce Insulin

33.11 Attempts to Deliver Insulin Through Constitutive Rather Than Regulated Secretion

Chapter 34. Burns and Skin Ulcers

34.2 Burns and Skin Ulcers – The Problem

34.4 Stem Cells in Burns and Skin Ulcers – Current Use

34.5 Recent and Future Developments

Chapter 35. Stem Cells and Heart Disease

35.1 Heart: A Self-renewing Organ

35.2 Distribution of CSCS in the Heart

35.3 Repair of Myocardial Damage by Nonresident Primitive Cells

35.4 Repair of Myocardial Damage by Resident Primitive Cells

35.5 Myocardial Regeneration in Humans

Chapter 36. Stem Cells for the Treatment of Muscular Dystrophy

36.2 Myoblast Transplantation – Past Failure and New Hope

36.3 Unconventional Myogenic Progenitors

36.4 Pluripotent Stem Cells for Future Cell-Based Therapies

Chapter 37. Cell Therapy for Liver Disease: From Hepatocytes to Stem Cells

37.3 Integration of Hepatocytes Following Transplantation

37.4 Clinical Hepatocyte Transplantation

37.6 Hepatocyte Transplantation in Acute Liver Failure

37.7 Hepatocyte Transplantation for Metabolic Liver Disease

37.8 Hepatocyte Transplantation – Novel Uses, Challenges, and Future Directions

Chapter 38. Orthopedic Applications of Stem Cells

38.5 Ligaments and Tendons

Chapter 39. Embryonic Stem Cells in Tissue Engineering

39.2 Tissue Engineering Principles and Perspectives

39.3 Limitations and Hurdles of Using ES Cells in Tissue Engineering

Part VI: Regulation and Ethics

Chapter 40. Ethical Considerations

40.2 Is it Morally Permissible to Destroy a Human Embryo?

40.3 Should we Postpone hES Cell Research?

40.4 Can We Benefit from Others’ Destruction of Embryos?

40.5 Can We Create an Embryo to Destroy it?

40.6 Should We Clone Human Embryos?

40.7 What Ethical Guidelines Should Govern hES Cell and Therapeutic Cloning Research?

Chapter 41. Overview of the FDA Regulatory Process

41.1 Introduction and Chapter Overview

41.2 Brief Legislative History of FDA

41.3 Laws, Regulations, and Guidance

41.4 FDA Organization and Jurisdictional Issues

41.5 Approval Mechanisms and Clinical Studies

41.6 Meetings with Industry, Professional Groups, and Sponsors

41.7 Regulations and Guidance of Special Interest for Regenerative Medicine

41.8 FDA’s Standards Development Program

41.9 Advisory Committee Meetings

41.10 FDA Research and Critical Path Science

41.11 Other Communication Efforts

Chapter 42. It’s Not about Curiosity, It’s about Cures: Stem Cell Research – People Help Drive Progress

42.3 Personal Promises Fuel Progress

42.6 People Drive Progress

42.7 Better Health for All


Growth Factors in Stem Cell Biology

Stem cell biology researchers use suitable growth factors to trigger proliferation, differentiation and/or migration of stem cells. Embryonic pluripotent stem cells can differentiate into three germ layers (endoderm, mesoderm, and ectoderm) and unlimited capacity for self-renewal 3 . The ethical issues around the use of embryonic stem cells led to the introduction of induced pluripotent stem cells or iPSCs. In the presence of growth factors, iPSCs differentiate into majority of the progenitor cells required for development (Tabela 1). Therefore, the role of growth factors in differentiation of iPSCs provides an avenue for creating an unlimited supply of embryonic-like stem cells (Rysunek 1).

Rysunek 1. iPSCs differentiate into majority of the progenitor cells required for development in the presence of Growth Factors

The fate of pluripotent stem cell is Stem cell research is controlled by physical and biochemical cues that direct them to become the specialized cells that make up the tissues in the body. Stem cell research is enhancing our understanding of how growth factors (biochemical cues) affect stem cell expansion and differentiation. This will enable subsequent use of stem cells in cell-based therapies, drug development, and disease modeling.


4 DISCUSSION

β-Catenin/canonical Wnt signaling has been shown to be important for the emergence of the first functional HSCs 7, 18 but its role in regulating HSCs in the fetal liver has been largely unexplored. We compared here the potential for canonical and noncanonical Wnt signaling in fetal and adult CD150 + LSKs using gene/protein expression as well as functional measures. Our data indicate that canonical Wnt signaling is predominantly active in fetal HSPCs, whereas both adult and fetal HSPCs have the potential to activate noncanonical pathways. We further suggest that β-catenin regulates the metabolism and short-term competitiveness of fetal HSPCs after transplant, and that the switch from fetal to adult HSCs corresponds to a downregulation of β-catenin/canonical Wnt signaling.

The specific role of canonical Wnt signaling in adult HSCs still remains under debate, and is likely to depend on dose and situation. Highly proliferative cells, such as leukemic cells, depend on β-catenin, 9, 45 while adult HSCs are maintained in the niche by noncanonical Wnt signaling and activate β-catenin only upon stimulation. 10, 14, 15 Our results indicate that higher levels of β-catenin and/or canonical Wnt signaling are required for maintaining short-term HSC function in the FL than in the adult BM. This also supports the idea that a specific gradient of β-catenin is required for HSC function at each stage of development, and that highly proliferative cells may be more dependent on β-catenin than quiescent cells. However, β-catenin was not responsible for promoting proliferation, but appeared rather to have an early protective effect as shown by increased ROS accumulation in Ctnnb1 Δ/Δ HSPCs. This difference in ROS levels was not present in pretransplant FL HSPCs, which were overall higher than what was observed in Ctnnb1 fl/fl HSPCs in the posttransplant BM but fairly comparable to posttransplant Ctnnb1 Δ/Δ HSPCs. These findings suggest that the increased ROS levels detected in Ctnnb1 Δ/Δ HSPCs could be interpreted as enhanced metabolic activity due to lack of quiescence or an inadequate association with hypoxic niches. Although β-catenin was dispensable for HSPC homing to the BM, it may promote early engraftment by other mechanisms, such as association with BM niches, which ultimately result in enhanced FL HSPC expansion early after transplant. It is also interesting that we did not detect any differences in long-term transplants and Ctnnb1 Δ/Δ HSPCs were “rescued” after the initial burst of HSPC expansion. This could be due to lower Cebpa expression that has been associated with improved long-term repopulation ability, 36 and further suggests that the decrease in Ctnnb1 Δ/Δ donor FL HSPCs detected in the bone marrow 6 weeks posttransplant may be more likely due to a difference in initial homing and engraftment in the absence of β-catenin, rather than actual defects in proliferation and expansion.

We observed a significant difference in the proportion of FL CD150 + LSKs staining positive for active (nonphosphorylated) β-catenin (Figure 2B and C) as compared to those expressing the H2B-GFP reporter (Figure 2D). There are several possible explanations for this discrepancy. For one, the fact that FL HSCs are actively proliferating could decrease the sensitivity of the reporter assay, and the mice used for the assay were hemizygous. H2B-GFP + HSPCs would thus represent only those cells that had recently received the signal and had not yet divided. Alternatively, but not exclusively, FL β-catenin could also form other, TCF/LEF-independent, transcriptional complexes, such as the YAP complex, 46 HIF-1α, 47 or Foxo, 48 as well as be found associated with membrane-bound adhesion complexes. 49, 50 Furthermore, we cannot fully exclude the possibility that Wnt/β-catenin signaling is restricted to the early phases of FL HSPC expansion and that slight differences in fetal developmental stage could make a major difference (e13 vs. e13.5–e14, a difference that is fully conceivable between two different experiments, especially when using two different strains of mice).

It has been reported that canonical Wnt signaling is downregulated during HSC aging. 29 Our findings suggest that this switch from canonical to noncanonical Wnt signaling begins already during the transition from fetal to adult stage. Fetal HSCs acquire the characteristics of adult HSCs, including quiescence, within 6 weeks after transplant. 22 The fact that we observed no long-term defect in our transplant recipients also argues for a selective, transient role of β-catenin-dependent canonical Wnt signaling in HSC ontogeny as previously suggested. 7 It also suggests that there are likely to be profound differences in Wnt ligand availability between FL and adult BM microenvironments. Indeed, comparisons between mesenchymal stromal cells isolated from FL and BM appear to confirm this hypothesis. 51

Adult HSCs give a balanced lineage output at steady state and after transplant. Interestingly the impact of canonical Wnt signaling appears to be lineage-specific, with T-cell differentiation being associated with more elevated levels of canonical Wnt/β-catenin signaling than myeloid cell differentiation or HSC self-renewal. 11, 52 In parallel, non-canonical Wnt5a-dependent signaling has been associated with increased thymocyte apoptosis. 52, 53 We observed a delay in myeloid and B lymphoid reconstitution by Ctnnb1 Δ/Δ FL cells together with a trend toward delayed T lymphoid development, suggesting that the absence of β-catenin had little impact on lineage bias in FL HSPCs. However, our observation regarding elevated canonical Wnt signaling activity in FL HSCs dovetails well with the decreased frequency of myeloid-biased fetal HSCs when compared to adult or aged BM. 54, 55 It is also of note that an age-associated decrease in canonical Wnt signaling has been reported in human HSCs and early T-progenitor cell subsets, where it correlated with deficient T lymphocyte output. 56

Altogether, moderate levels of canonical Wnt/β-catenin signaling appear to contribute to a balanced lympho-myeloid output while Wnt5a/Cdc42-dependent signals favor myeloid differentiation at the expense of T lymphocytes. However, only little is known at present about the potential role of other noncanonical signaling pathways. 57-59 Most noncanonical Frizzled receptors and coreceptors were expressed at the mRNA level by both FL and adult BM HSCs in our assay and their respective roles will warrant further study to better delineate the different branches of Wnt signaling in hematopoietic cells.

In summary, we have demonstrated here that the most prominent Wnt signaling pathways differ between fetal and adult CD150 + LSKs at steady state and that the early expansion of fetal HSPCs after transplant is dependent on β-catenin. These findings will further our understanding of the mechanisms that underlie fetal HSPCs’ enhanced reconstitution ability and will hopefully be of future clinical use in the treatment of hematologic diseases.


Obejrzyj wideo: Radioterapia diagnostyka molekularna leczenie nowotworów Gliwice Rafał Suwiński (Czerwiec 2022).


Uwagi:

  1. Neshakar

    Moim zdaniem to - zamieszanie.

  2. Elbert

    Czy sam zdajesz sobie sprawę z tego, co napisałeś?

  3. Yogis

    Poważnie!



Napisać wiadomość