W jaki sposób komórka HKM różnicuje się do dojrzałych komórek

2
Część 1. Podstawy
Część 1. Podstawy
Komórka macierzysta
Erytrocyt, krwinka biała
lub płytka krwi
Podjętej „decyzji”
nie da się już cofnąć
Rycina 1 Schematyczny rysunek samoodnawiających się komórek
macierzystych
Ryc. 4 przedstawia kolonię dojrzałych erytrocytów
i leukocytów, zwaną jednostką tworzącą kolonię granulocytów, makrofagów (colony forming unit – granulocyte,
macrophage (CFU-GM)). Ryc. 5 przedstawia komórki
różnych linii i sposób ich określenia. Każdy termin, np.
burst-forming unit-erythroid (BFU) (jednostka tworząca
kolonię erytrocytarną) odnosi się do kolonii komórek
pochodzących z komórki macierzystej, rozwijającej się
w laboratorium w kierunku rozpoznawalnej, dojrzałej
komórki, w tym wypadku krwinki czerwonej. Każda kolonia pochodzi od pojedynczej komórki macierzystej.
Antygen CD34 (identyfikowany za pomocą cytoflurymetru) jest ważnym klinicznie wskaźnikiem, będącym
głównym markerem wskazującym wielopotencjalną komórkę macierzystą. Jest obecny na HKM i progenitorowych komórkach ukierunkowanych (zdeterminowanych). Liczba komórek CD34+ jest dla lekarza pomocną
wskazówką podczas gromadzenia komórek do przeszczepu komórek macierzystych.
W jaki sposób komórka HKM różnicuje się
do dojrzałych komórek?
Choć nie jest znany dokładny mechanizm tego różnicowania, wydaje się, że istotną rolę odgrywają wzajemne
kontakty komórek (komórki progenitorowe kontaktują
się z mezenchymalnymi w szpiku kostnym) i ekspresja
dużej ilości genów. Cytokiny i czynniki wzrostu mogą
działać wspólnie, aktywując mechanizmy transdukcji. Te
wewnątrzcytoplazmatyczne czynniki aktywują jądro
i stymulują transkrypcję genów regulatorowych. Te geny
z kolei wpływają na proliferację, różnicowanie się, apoptozę (zaprogramowaną śmierć komórki) i rozwój funkcji
dojrzałych komórek.
Rycina 2 Chimera. Mityczny potwór, który miał głowę lwa, ciało kozła
i ogon węża. Określenia tego po raz pierwszy użyto po udanym
przeszczepie HKM u myszy. Obecnie stosuje się je do określenia
komórek pochodzących od dawcy lub biorcy po przeszczepieniu
komórek macierzystych u ludzi.
cyty czy granulocyty. Komórki jednojądrowe ze szpiku,
krwi pępowinowej lub krwi obwodowej są hodowane
w półstałej wspomagającej pożywce (macierzy), do której dodaje się cytokiny/czynniki wzrostu. Po inkubacji in
vitro (liczba dni inkubacji jest zmienna) pojawiają się
duże grupy komórek (kolonie) mające wygląd dojrzałych
komórek krwi, np. erytrocytów. Każda z kolonii powstaje z pojedynczej komórki progenitorowej.
Hematologia.indd 2
Jak możemy rozpoznać możliwości
różnicowania się HKM?
HKM i komórki progenitorowe wyrażają antygeny na
swojej powierzchni. Typ antygenu i częstość występowania będą się zmieniały podczas różnicowania się komórki.
Te antygeny można zidentyfikować za pomocą cytofluory-
wa ż n e
Rodzaj komórki, tj. linię, z jakiej pochodzi, można określić
na podstawie antygenów na jej powierzchni. W przypadku wielu chorób nowotworowych dochodzi do nagromadzenia się prawidłowych antygenów w nieprawidłowych
ilościach.
2011-03-18 14:21:02
3
Część 1. Podstawy
Wiedza podstawowa
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f )
Rycina 3 (a) Neutrofil, (b) limfocyt, (c) monocyt, (d) eozynofil, (e) bazofil i (f ) prawidłowy erytrocyt
Hematologia.indd 3
2011-03-18 14:21:04
Część 1. Podstawy
Część 1. Podstawy
4
metrii. Ekspresja różnych antygenów pozwala nam zidentyfikować komórki progenitorowe różnych linii i sporządzić wykres rozwoju i różnicowania się komórek krwi.
Cytofluorymetria lub immunofenotypowanie to metody wykorzystujące zasadę hydrodynamicznego ogniskowania (ryc. 6). Wstrzyknięcie próbki wymusza przemieszczenie komórek do środka strumienia. Padające
na komórki światło ulega rozproszeniu, a fluorochromy
zostają wprowadzone na wyższy poziom energetyczny.
Energia ta następnie jest uwalniana w postaci fotonów
światła. Cytofluorymetr mierzy fluorescencję komórki.
Po amplifikacji różnych sygnałów lub impulsów są one
przetwarzane przez konwerter ADC (przekształcający
sygnał analogowy na cyfrowy), który z kolei pozwala na
przedstawienie poszczególnych sygnałów w postaci graficznej na wykresie (ryc. 7).
Które cytokiny lub czynniki wzrostu
znajdujące się powszechnie we krwi są
dostępne do klinicznego użytku?
Erytropoetyna
Najbardziej znaną, a zarazem główną cytokiną, biorącą
udział w różnicowaniu się erytrocytów, proliferacji
i apoptozie, jest erytropoetyna (EPO), polipeptyd produkowany głównie w nerkach (przypadek 16). Jest wytwarzana w przypadku niedotlenienia tkanek, a jej produkcję stymuluje czynnik transkrypcyjny, zwany czynnikiem
pobudzanym przez niedotlenienie. Dostępna jest forma
rekombinowana, którą stosuje się w leczeniu niedokrwistości w przebiegu niewydolności nerek.
Czynnik stymulujący kolonie granulocytowe
(Granulocyte colony-stimulating factor)
Rycina 4 Kolonia erytrocytów i neutrofilów wyhodowana
w laboratorium, pochodząca od pojedynczej komórki macierzystej
Czynnik stymulujący kolonie granulocytowe (G-CSF)
i czynnik stymulujący kolonie granulocytowo-makrofagowe (GM-CSF) to glikopeptydy wydzielane przez granulocyty, monocyty i limfocyty T, fibroblasty i komórki
śródbłonka. Te czynniki wzrostu są odpowiedzialne za
produkcję granulocytów, eozynofilów i monocytów. Forma rekombinowana G-CSF jest używana w leczeniu
wrodzonej neutropenii i do mobilizowania komórek macierzystych ze szpiku do krwi obwodowej, skąd można je
łatwo pobrać, zgromadzić i wykorzystać do przeszczepu
komórek macierzystych.
Wielopotencjalna komórka macierzysta
Linia
erytrocytów
CFU-GEMM
BFU-E
CFU-MEG
Grasica
CFU-GM
CFU-E
EPO
Komórka
Megakariocyt
Komórka T
Monocyt
Rycina 5 Schematyczna ilustracja różnych rodzajów
komórek, z których wszystkie pochodzą od
Erytrocyt
Hematologia.indd 4
Płytki krwi
Neutrofil
Eozynofil
Bazofil
wielopotencjalnej komórki macierzystej. Poszczególne
rodzaje opisano w Słowniczku
2011-03-18 14:21:04
Wiedza podstawowa
Boczny detektor
światła rozproszonego
5
0
0
Rozproszenie przednie światła
1720
Rycina 6 Cytofluorymetria lub immunofenotypowanie, metoda identyfikacji antygenów na komórkach, pozwalająca ustalić, z jakiej pochodzą
linii
Flourochromy
FIT C
PE
PI
Maksimum emisji (nm)
525
575
620
525
575
Część 1. Podstawy
Przedni
detektor
światła
rozproszonego
Rozproszenie boczne światła
1720
Detektor
FL1
FL2
FL3
FIT C
Komórka
620
PE
Rycina 7 Cytofluorymetr lub immunofenotypowanie przedstawiające identyfikację antygenów na powierzchni komórki przy użyciu przeciwciał
znakowanych fluorochromami
Trombopoetyna
Trombopoetyna (TPO) jest glikoproteiną produkowaną
przez wątrobę. Stymuluje ona produkcję komórek macierzystych i płytek. Wkrótce powinny być dostępne
nowe postaci rekombinowanej TPO stosowane w leczeniu małopłytkowości.
Czynnik komórek macierzystych
Czynnik komórek macierzystych jest glikoproteiną
produkowaną przed komórki podścieliska i wiąże
się z receptorem c-Kit. Jest on niezbędny dla
różnicowania i proliferacji komórek macierzystych.
Jak apoptoza (zaprogramowana
śmierć komórki) wpływa na komórki
hematopoetyczne?
Apoptoza jest złożonym procesem, który kończy się aktywacją kaspaz, fragmentacją DNA i fagocytozą.
Hematologia.indd 5
Co znaczy termin plastyczność komórek
macierzystych?
W warunkach eksperymentalnych można zmusić ludzkie wielopotencjalne hematopoetyczne komórki macierzyste do różnicowania się w niehemopoetyczne tkanki
o pochodzeniu mezynchymalnym, takie jak mięśnie czy
chrząstka. Wciąż nie ma pewności, czy to zjawisko można powtórzyć u pacjentów.
Jakie ważne procesy występują podczas
rozwoju erytrocytów?
Erytropoeza płodowa rozwija się w pęcherzyku żółtkowym, prawdopodobnie z komórki progenitorowej wspólnej dla śródbłonka, zwanej hemangioblastem. Miejscem
hemopoezy jest wówczas głównie wątroba. W kolejnym
etapie komórki krążą, a w ciągu ostatnich 3 miesięcy życia płodowego podstawowym miejscem hemopoezy jest
szpik kostny. Synteza hemoglobiny (Hb) w okresie płodo-
2011-03-18 14:21:05