ma£e komórki macierzyste przypominaj¥ce komórki embrionalne

VSELs – OBECNY STAN BADAÑ
POSTÊPY BIOLOGII KOMÓRKI
63
TOM 37 2010 NR 1 (63–87)
Rola komórek dendrytycznych w odpowiedzi transplantacyjnej*
The role of dendritic cells in transplantation
Maja Budziszewska1, Anna Korecka-Polak1, Gra¿yna Korczak-Kowalska1,2
1Zak³ad Immunologii, Wydzia³ Biologii, Uniwersytet Warszawski
2 Instytut Transplantologii, Warszawski Uniwersytet Medyczny
*Dofinansowanie z grantu MNiSzW nr N N402 268036
Streszczenie: Komórki dendrytyczne (DC) s¹ najwa¿niejszymi komórkami
prezentuj¹cymi antygen (APC) limfocytom T. Stopieñ dojrza³oœci komórki DC ma
MA£E KOMÓRKI MACIERZYSTE PRZYPOMINAJ¥CE
kluczowe znaczenie dla rodzaju odpowiedzi limfocytów T. Niedojrza³a komórka DC
KOMÓRKI
EMBRIONALNE
IZOLOWANE
TKANEK
indukuje
stan tolerancji,
podczas gdy dojrza³a
komórka DC -Zpe³n¹
odpowiedŸ
DOROS£YCH
– OBECNY
BADAÑ*
immunologiczn¹.
Ma to ogromne
znaczenie w STAN
transplantologii,
a zw³aszcza w
reakcjach odrzucania przeszczepu po transplantacjach narz¹du. Komórka DC dawcy
prezentuje VERY
antygenSMALL
w sposób
bezpoœredni,LIKE
natomiast
biorcy drog¹
EMBRYONIC
STEMkomórka
CELLS DC
(VSELS)
poœredni¹. Komórki
DC
niedojrza³e
lub
o
w³aœciwoœciach
tolerogennych
mog¹
ISOLATED FROM ADULT TISSUES – AN UPDATE
wyd³u¿yæ prze¿ycie przeszczepu allogenicznego. Takie oddzia³ywanie na funkcjê
1
1
1
komórek
DC, aby
by³y one niewra¿liwe
na sygna³y
dojrzewania
in KUCIA
vivo lub
Izabella KLICH
, Stanis³awa
WALAT2, Janina
RATAJCZAK
, Magda
,
1,2
aktywowanie komórek DC
charakteryzuj¹cych
siê trwa³ymi w³aœciwoœciami
Mariusz
Z. RATAJCZAK
tolerogennymi mo¿e poprawiæ tolerancjê przeszczepu. W tym celu wykorzystuje siê
1
hodowle
w specyficznych
warunkach,
leczenie
farmakologiczne
oraz
Instytut prowadzone
Komórki Macierzystej,
Centrum
Rakowe im.
Jamesa
Grahama Browna,
2
in¿ynieriê
genetyczn¹.
Uniwersytet Louisville, USA oraz Zak³ad Fizjologii Katedry Fizjopatologii
S³owa kluczowe: Pomorskiej
Komórka dendrytyczna,
transplantacja,
tolerancja przeszczepu.
Akademii Medycznej,
Szczecin
Summary: The most important antigen-presenting cells (APCs) are dendritic cells
(DCs),
which
presentbadania
antigen
to T cells.
The state komórki
of maturation
of DCs
crucial
Streszczenie:
Najnowsze
wskazuj¹,
¿e pluripotencjalne
macierzyste
(PKM)iswystêpuj¹
for
induction
of a T-cell
lymphocyte
response.
The
immaturezeDCs
induce
tolerance,
w tkankach
doros³ych
organizmów.
Nale¿¹ do
nich m.in.
wyizolowane
szpiku
kostnego
i innych
narz¹dów
tzw.DCs
ma³e -embrionalno-podobne
macierzyste
– VSELs (ang. Very
Small Embryonicthe
mature
immunity. This iskomórki
important
in transplantology,
especially
in graft
Like Stem cells). Cech¹ charakterystyczn¹ komórek VSELs jest ekspresja markerów typowych dla plurejection after organ transplantation. Donor DCs act via the direct, while recipient
ripotencjalnych komórek epiblastu, które to we wczesnych etapach embriogenezy podczas gastrulacji
DCs
via the
indirect listków
pathways
of allorecognition.
Immature
or DCsUwa¿awith
uczestnicz¹
w formowaniu
zarodkowych
i daj¹ pocz¹tek ró¿nym
liniom DCs
komórkowym.
tolerogenic
may prolong
allograft
survival.siêManipulating
DCs
function
my, ¿e komórkiproperties
VSELs deponowane
stopniowo
w rozwijaj¹cych
tkankach odgrywaj¹
wa¿n¹
rolê w
utrzymywaniu
puli tkankowo
specyficznych
komórek
macierzystych.
Stanowi¹
one pierwotne
Ÿród³o
to
be insensitive
to maturation
signals
or activate
DCs with
tolerogenic
properties
wszystkich
komórek
rozwijaj¹cego
siê
organizmu
podczas
ontogenezy,
prze¿ywaj¹
w
dojrza³ych
tkanare the promising means of improving allograft tolerance. There are three approaches
kach i tym samym pozostaj¹ Ÿród³em ukierunkowanych tkankowo komórek macierzystych. W odpowieto
achieve
thesetkanek
aims:
specific
culture
conditions,
treatment
dzi na
uszkodzenie
i narz¹dów
(np.cell
w zawale
miêœnia
sercowego,pharmacological
udarze mózgu) VSELs
mog¹ byæ
and
genetic
engineering.
mobilizowane i kr¹¿yæ we krwi obwodowej. Ponadto jak wykazano, modyfikacja metylacji niektórych
genów
wykazuj¹cych
piêtno genomowe
chroni VSELs przed
niekontrolowan¹
proliferacj¹
i tworzeniem
Keywords:
Dendritic
cell, transplantation,
graft
tolerance, graft
rejection.
potworniaków.
Zaburzenie
tego
procesu
w
sytuacjach
patologicznych
mo¿e
prowadziæ
do
udzia³u
VSELs
Wstêp
w rozwoju niektórych typów nowotworów (np. potworniaków, guzów germinalnych, miêsaków wieku
dzieciêcego).
1. Charakterystyka komórek dendrytycznych
S³owa kluczowe:
VSELs,
Oct-4, komórki
pluripotencjalne, regeneracja,
„plastycznoœæ”.
Komórki
dendrytyczne
s¹ profesjonalnymi
komórkami
prezentuj¹cymi
antygen
(APC), obecnymi
w evidence
centralnych
(grasica
i szpik)
i wecontain
wtórnych
(wêz³yoflimfatyczne,
Summary:
Accumulating
demonstrates
that
adult tissues
a population
very primitive
pluripotent
stem cells
and recently, narz¹dach
our group identified
a population[2].
of very
small stem zdolnoϾ
cells in murine
kêpki Peyer'a
i œledziona)
limfatycznych
Posiadaj¹
do
bone marrow and other adult organs that express several markers characteristic for epiblast/germ lineaktywacji zarówno naiwnych limfocytów T, jak i limfocytów T pamiêci, umiejêtnoœæ
derived cells. We named these rare cells „very small embryonic/epiblast like stem cells (VSELs)”. We
transportowania antygenu (Ag) z obwodowych tkanek do obszarów bogatych w
limfocyty T we wtórnych narz¹dach limfatycznych oraz zdolnoœæ do krzy¿owej
*Finansowane z grantu KBN (N N401 024536).
prezentacji antygenów [21,22]. Komórki DC nie stanowi¹ jednorodnej subpopulacji
leukocytów. Ich morfologia, funkcja oraz immunofenotyp ró¿ni¹ siê w zale¿noœci
od stopnia dojrza³oœci, umiejscowienia w organizmie i rodzaju komórki prekursorowej,
z której siê wywodz¹ [27].
64
I. KLICH, S. WALAT, J. RATAJCZAK, M. KUCIA, M. Z. RATAJCZAK
hypothesized that these cells, which are deposited during early gastrulation in developing tissues/organs,
play an important role in the turnover of tissue-specific/committed stem cells. Based on this, we envision
that germ line is not only the origin but also a „basis/skeleton” for the stem cell compartment in adult life
forms. We noticed that VSELs could be mobilized into peripheral blood and the number of these cells
circulating in peripheral blood increases during stress and tissue/organ injuries (e.g., heart infarct, stroke).
Furthermore, our data indicate that VSELs are protected from uncontrolled proliferation and teratoma
formation by a unique pattern of methylation of selected somatic imprinted genes. Finally, we envision
that, in pathological situations, VSELs could be involved in development of some malignan-cies (e.g.,
teratomas, germinal tumors, pediatric sarcomas).
Key words: VSELs, Oct-4, pluripotent stem cells, regeneration, „plasticity”.
WSTÊP
Mianem komórki macierzystej (KM) okreœla siê komórkê maj¹c¹ zdolnoœæ do
samoodnawiania oraz ró¿nicowania siê w komórki potomne. Przytoczona definicja
jest jednak zbyt ogólna i ma³o precyzyjna. Zidentyfikowano bowiem wiele rodzajów
komórek macierzystych ró¿ni¹cych siê potencja³em proliferacyjnym oraz zdolnoœci¹
do ró¿nicowania. Ta niejednorodnoœæ populacji KM powoduje, ¿e trudno je jednoznacznie opisaæ wspóln¹ definicj¹. Pula KM utrzymuj¹c w równowadze liczbê
komórek somatycznych w organizmie jest odpowiedzialna za odnawianie puli komórek somatycznych, a w konsekwencji za odm³adzanie i regeneracjê narz¹dów i
tkanek. Szereg laboratoriów pracuje nad efektywnym pozyskiwaniem komórek
macierzystych i opracowaniem warunków ich ekspansji w hodowlach in vitro.
Rozwijane technologie przynosz¹ nadziejê na postêp w optymalizacji klinicznego
wykorzystania KM w terapii. Komórki te staj¹ siê niejako kluczem do d³ugowiecznoœci i znajduj¹ coraz szersze zastosowanie w rozwijaj¹cej siê nowej dyscyplinie
klinicznej, jak¹ jest medycyna regeneracyjna.
Podstawowym za³o¿eniem medycyny regeneracyjnej jest wykorzystanie KM w
terapii uszkodzonych narz¹dów i tkanek. Transplantacje narz¹dów, jak siê wydaje,
bêd¹ w przysz³oœci coraz czêœciej zastêpowane przeszczepami zawiesiny swoistych
dla danego narz¹du komórek macierzystych, maj¹cych za zadanie regeneracjê/
odbudowê uszkodzonych tkanek. Szczególne nadzieje na wykorzystanie terapeutyczne
KM wi¹¿¹ siê z takimi schorzeniami, jak: zawa³ miêœnia sercowego, udar mózgu,
parkinsonizm, cukrzyca, dystrofie miêœniowe, toksyczne uszkodzenia w¹troby i nerek.
POTENCJALNE RÓD£A KOMÓREK MACIERZYSTYCH
DO REGENERACJI TKANKOWO-NARZ¥DOWEJ
Ju¿ od oko³o 40 lat wykorzystuje siê krwiotwórcze komórki macierzyste (KKM)
szpiku kostnego w leczeniu szeregu chorób uk³adu krwiotwórczego. Coraz czêœciej
stosuje siê równie¿ komórki macierzyste naskórka w leczeniu oparzeñ pow³ok
skórnych oraz w celu usprawnienia procesu gojenia troficznych owrzodzeñ tkanek
miêkkich koñczyn. Zaawansowana jest te¿ technologia pozyskiwania macierzystych
VSELs – OBECNY STAN BADAÑ
65
komórek mezenchymalnych dla leczenia ubytków kostnych. Pozyskiwanie komórek
macierzystych krwiotwórczych naskórka, jak i mezenchymalnych na potrzeby kliniczne jest dziœ stosunkowo ³atwe. Znacznie trudniej jest natomiast uzyskaæ od zdrowych
dawców komórki macierzyste innych tkanek i narz¹dów w liczbie pozwalaj¹cej na
ich potencjalne wykorzystanie terapeutyczne. To istotne ograniczenie dotyczy m.in.
miêœni szkieletowych, miêœnia sercowego, w¹troby, wysp endokrynnych trzustki,
oœrodkowego uk³adu nerwowego. W zwi¹zku z powy¿szym, w ostatnich latach du¿e
nadzieje wzbudzi³a teoria „plastycznoœci” krwiotwórczych komórek macierzystych
(KKM) lub ich zdolnoœci do transró¿nicowania. Zgodnie z jej podstawowym
za³o¿eniem, KKM pozyskane np. ze szpiku kostnego, mobilizowanej krwi obwodowej
lub krwi pêpowinowej, sk¹d stosunkowo ³atwo je wyizolowaæ, mia³yby byæ zdolne
do odró¿nicowania siê w komórki macierzyste swoiste dla innych narz¹dów, np.
miêœnia sercowego, oœrodkowego uk³adu nerwowego lub w¹troby. Analiza badañ
przeprowadzonych w ró¿nych oœrodkach nasuwa jednak obawy, ¿e postulowana
przez niektórych badaczy „plastycznoœæ” KKM w rzeczywistoœci by³a prawdopodobnie wynikiem artefaktów doœwiadczalnych.
KOMÓRKI NIEHEMATOPOETYCZNE SZPIKU KOSTNEGO –
LEKCJA WYP£YWAJ¥CA ZE ZJAWISKA „PLASTYCZNOŒCI”
KRWIOTWÓRCZYCH KOMÓREK MACIERZYSTYCH (KKM)
Jak powy¿ej wspomniano, du¿e nadzieje pok³adano w potencjalnym wykorzystaniu
w medycynie regeneracyjnej KKM izolowanych ze szpiku kostnego, mobilizowanej krwi
obwodowej oraz krwi pêpowinowej. Oczekiwania te opiera³y siê na wspomnianym
powy¿ej zjawisku „plastycznoœci” przypisywanym tym komórkom i zdolnoœci do
transró¿nicowania w komórki ró¿nych linii niehematopoetycznych. Teoriê „plastycznoœci”
KKM wspiera³y wyniki niektórych pozytywnych badañ nad wykorzystaniem tych komórek
w zwierzêcych modelach zawa³u miêœnia sercowego [40, 79], udaru mózgu [7, 72, 117],
mechanicznego uszkodzenia rdzenia krêgowego [47] oraz toksycznego uszkodzenia
w¹troby [58]. Pomimo obiecuj¹cych wyników przytoczo-nych powy¿ej badañ, rola KKM
w regeneracji uszkodzonych narz¹dów nadal jednak nie jest jednoznacznie okreœlona, a
jej ocena budzi kontrowersje [15, 108]. Seria nowych badañ z zastosowaniem fenotypowo
zdefiniowanych i oczyszczonych subpopulacji KKM przynios³a bowiem negatywne wyniki
w modelach regeneracji miêœnia sercowego [6, 76] oraz mózgu [11]. Te nieoczekiwane
obserwacje podwa¿y³y koncepcjê „plastycznoœci” komórek macierzystych uk³adu
krwiotwórczego [15, 35]. Wspomniane niezgodnoœci i rozbie¿noœci w wynikach
opublikowanych badañ mog¹ byæ konsekwencj¹ zastosowania przez laboratoria ró¿nych
doœwiadczalnych modeli uszkodzenia tkanek, jak równie¿ trudnoœci w wykrywaniu w
organizmie biorcy komórek pochodz¹cych od dawcy, czyli w ocenie tzw. chimeryzmu
komórkowego. W tabeli 1 zestawiono alternatywne wyjaœnienia postulowanego zjawiska
„plastycznoœci” KKM.
66
I. KLICH, S. WALAT, J. RATAJCZAK, M. KUCIA, M. Z. RATAJCZAK
Po pierwsze, wykazanie „plastycznoœci” KKM mo¿e wymagaæ zastosowania
odpowiednich modeli uszkodzenia tkanek prowadz¹cych do indukcji w mikroœrodowisku czynników sprzyjaj¹cych potencjalnemu wyst¹pieniu tego zjawiska. Hipotetycznie, tego typu sprzyjaj¹ce warunki mog³yby dotyczyæ zmian epigenetycznych w
KKM, stymuluj¹cych je do ró¿nicowania siê w kierunku komórek linii innych ni¿
hematopoetyczna [13, 75]. Po drugie, na podstawie opublikowanych doniesieñ,
„plastycznoœæ” KKM mo¿e byæ wyjaœniona fenomenem fuzji komórkowej [2, 39,
104, 109, 115]. Wed³ug tej teorii, przeszczepione KKM mog³yby ulegaæ fuzji z
komórkami uszkodzonych narz¹dów. Komórki buduj¹ce dany narz¹d stawa³yby siê
heterokarionami wykazuj¹cymi ekspresjê markerów komórek zarówno przeszczepu,
jak i tkanek gospodarza. Warto nadmieniæ jednak, ¿e zarówno fuzja komórkowa,
jak i zmiany epigenetyczne zachodz¹ce w komórkach po przeszczepie nale¿¹ do
bardzo rzadko wystêpuj¹cych, przypadkowych zjawisk i nie mog¹ w pe³ni t³umaczyæ
opublikowanych pozytywnych wyników badañ wskazuj¹cych na transró¿nicowanie
KKM. Co wiêcej, niektóre opublikowane ostatnio wyniki badañ wydaj¹ siê wykluczaæ zjawisko fuzji jako g³ówny proces prowadz¹cy do tzw. chimeryzmu komórkowego obserwowanego po przeszczepie KKM [30, 41, 113]. Kolejnym mo¿liwym
wyt³umaczeniem pozytywnych efektów terapeutycznych uzyskanych w próbach
regeneracji tkanek i narz¹dów po zastosowaniu przeszczepu komórek szpiku kostnego mo¿e byæ ich wp³yw parakrynny na komórki uszkodzonego organu. Macierzyste
komórki hematopoetyczne s¹ bowiem Ÿród³em wielu czynników wzrostowych oraz
cytokin, które wydzielone przez przeszczepione komórki in situ w miejscu uszkodzenia mog¹ promowaæ procesy regeneracyjne oraz waskularyzacjê uszkodzonych
tkanek [87]. Ostatnie doniesienia wskazuj¹ tak¿e na mo¿liwoœæ modyfikacji fenotypu
komórek w nastêpstwie przeniesienia miêdzy s¹siaduj¹cymi komórkami receptorów
komórkowych, bia³ek cytoplazmatycznych oraz mRNA za pomoc¹ mikrofragmentów
komórkowych (ang. microvesicles). Mikrofragmenty komórkowe s¹ kulistymi
strukturami, w których czêœæ cytoplazmy jest otoczona b³on¹ komórkow¹ [1, 86,
88, 89]. Z³uszczanie mikrofragmentów z powierzchni b³ony komórkowej opisane
zosta³o jako zjawisko fizjologiczne towarzysz¹ce wzrostowi komórek; potwierdzono
je tak¿e w stanach aktywacji komórek w takich procesach, jak np. niedotlenienie
tkanek czy ich uszkodzenie [14, 74, 107]. W zwi¹zku z tym, wspomniane przeniesienie
receptorów powierzchniowych, bia³ek oraz informacji genetycznej pod postaci¹
mRNA pomiêdzy wszczepionymi KKM szpiku kostnego a komórkami gospodarza
mog³oby przejœciowo prowadziæ do zmiany fenotypu komórek uszkodzonego organu.
Wci¹¿ pozostaje niewyjaœnione, czy mikrofragmenty komórkowe mog¹ tak¿e
przenosiæ niektóre markery reporterowe stosowane do wykrywania chimeryzmu, takie
jak np. bia³ko wykazuj¹ce zielon¹ fluorescencjê – GFP (ang. Green Fluorescence
Protein) czy b-galaktozydazê.
Najwa¿niejsze wydaje siê jednak, ¿e w trakcie badañ maj¹cych na celu wyjaœnienie „plastycznoœci” komórek macierzystych oraz udzia³u pierwotnych komórek
szpikowych w regeneracji uszkodzonych narz¹dów (tab. 1), nie wziêto pod uwagê
mo¿liwoœci, ¿e populacja komórek macierzystych obecnych w szpiku kostnym nie
VSELs – OBECNY STAN BADAÑ
67
TABELA 1 . Alte rna tywne wyja œnie nia zja wisk a tra nsró ¿nic o wa nia lub "p la styc zno œc i"
k rwio twó rc zyc h k o mó re k ma c ie rzystyc h (K K M)
TABLE 1 . Alte rna tive e xp la na tio ns o f the p he no me no n o f tra ns- d e d iffe re ntia tio n o f "p la stic ity" o f
he ma to p o ie tic ste m c e lls (HS C s)
Zmia ny e p ige ne tyc zne
C zynnik i œro d o wisk o we uszk a d za j¹ c e tk a nk i/o rga ny mo g¹ ind uk o wa æ
zmia ny e p ige ne tyc zne w ge na c h re guluj¹ c yc h p lurip o te nc jê K K M
(p o wo d uj¹ c zmia ny w me tyla c ji DN A, a c e tyla c jê histo nó w).
K o nie c zne je st zgro ma d ze nie d a lszyc h d o wo d ó w, b y p o twie rd ziæ
p o wsze c hno Ͼ te go zja wisk a
F uzja k o mó rk o wa
Ba rd zo rza d k o wystê p uj¹ c e zja wisk o , w k tó rym p rze szc ze p io ne
K K M ule ga j¹ fuzji z k o mó rk a mi uszk o d zo ne j tk a nk i, two rz¹ c
he te ro k a rio ny. P o wsta ³e he te ro k a rio ny wyk a zuj¹ e k sp re sjê ma rk e ró w
K K M p rze szc ze p u uszk o d zo nyc h k o mó re k tk a ne k go sp o d a rza
(p se ud o c hime ryzm)
S tymula c ja p a ra k rynna
K K M sta no wi¹ Ÿró d ³o ró ¿nyc h c zynnik ó w wzro sto wyc h i
a ngio p o e tyc znyc h, mo g¹ c yc h p ro mo wa æ re ge ne ra c jê tk a ne k /o rga nó w
P rze nie sie nie b ia ³e k p rze z N ie k tó re d o nie sie nia o "p la styc zno œc i" k o mó re k ma c ie rzystyc h mo g¹
mik ro fra gme nty
b yæ wyja œnio ne za p o mo c ¹ zja wisk a c za so we j zmia ny fe no typ u
b ³o no we
k o mó rk o we go , b ê d ¹ c e go wynik ie m p rze nie sie nia re c e p to ró w,
c yto p la zma tyc znyc h b ia ³e k o ra z mRN A miê d zy K K M a uszk o d zo n¹
k o mó rk ¹ , za p o mo c ¹ mik ro fra gme ntó w b ³o no wyc h
O b e c no Ͼ
O p ró c z K K M, szp ik k o stny za wie ra ta k ¿e p o p ula c je innyc h k o mó re k
he te ro ge nic zne j
ma c ie rzystyc h. Re ge ne ra c ja uszk o d zo nyc h tk a ne k mo ¿e zo sta æ
p o p ula c ji k o mó re k
wyja œnio na o b e c no œc i¹ k o mó re k p ro ge nito ro wyc h d la œró d b ³o nk a
ma c ie rzystyc h w szp ik u na c zyñ, k tó re stymuluj¹ ne o wa sk ula ryza c jê , ja k ró wnie ¿ o b e c no œc i¹
k o stnym
innyc h k o mó re k ma c ie rzystyc h, w tym k o mó re k p lurip o te nc ja lnyc h
(np . VS ELs). Mo ¿e to t³uma c zyæ b ra k e fe k tu "p la styc zno œc i" p rzy
za sto so wa niu d o k ³a d nie o c zyszc zo ne j p o p ula c ji K K M
jest jednorodna [53]. Uwa¿amy, ¿e nieuwzglêdnienie mo¿liwej heterogennoœci KM
oraz brak odpowiednich kontroli w prowadzonych badaniach nad regeneracj¹ tkanek
niehematopoetycznych z zastosowaniem przeszczepianych komórek szpiku kostnego
oraz krwi pêpowinowej by³o Ÿród³em wielu nieœcis³oœci i doprowadzi³o do niew³aœciwych interpretacji obserwowanych zjawisk. Zgodnie z powy¿szym uwa¿amy, ¿e
najlepszym wyjaœnieniem postulowanej „plastycznoœci” KKM jest obecnoœæ w szpiku
kostnym, mobilizowanej krwi obwodowej oraz krwi pêpowinowej heterogenicznej
populacji komórek macierzystych. Obecne w puli przeszczepionych KKM inne komórki macierzyste bra³yby wiêc udzia³ w regeneracji uszkodzonych tkanek gospodarza, co mo¿e t³umaczyæ obserwowane zjawiska opisywane jako „plastycznoœæ”
czy zdolnoœæ do transró¿nicowania KKM [53]. Wystêpowanie niehematopoetycznych
komórek macierzystych w szpiku kostnym wyjaœnia wiêc lepiej ni¿ transró¿nicowanie
KKM pozytywne wyniki badañ nad „plastycznoœci¹” KKM uzyskane przez badaczy,
którzy stosowali komórki szpikowe w regeneracji uszkodzonych narz¹dów [7, 40,
72, 79]. Co wiêcej, w przypadkach, kiedy stosowano wyselekcjonowane, oczyszczone
pule KKM, komórki macierzyste niehematopoetyczne prawdopodobnie by³y eliminowane na etapie izolacji komórek do przeszczepu; przeszczepiane komórki nie
ró¿nicowa³y siê wówczas w komórki innych tkanek i tym samym nie obserwowano
zjawiska „plastycznoœci” [108].
68
I. KLICH, S. WALAT, J. RATAJCZAK, M. KUCIA, M. Z. RATAJCZAK
Podsumowuj¹c, na obecnym etapie badañ zjawisko transró¿nicowania KKM w
komórki linii niehematopoetycznych oraz ich udzia³ w regeneracji uszkodzonych
tkanek nadal pozostaj¹ w¹tpliwe i bardzo s³abo udokumentowane. Najbardziej
prawdopodobnym wyt³umaczeniem pozytywnych wyników badañ nad „plastycznoœci¹” jest wystêpowanie w szpiku kostnym ró¿norodnych populacji komórek
macierzystych, w tym i pluripotencjalnych komórek macierzystych. Zagadnienie to
zostanie omówione poni¿ej.
DOWODY NA RÓ¯NORODNOŒÆ KOMÓREK
MACIERZYSTYCH SZPIKU KOSTNEGO РOBECNOή
NIEHEMATOPOETYCZNYCH KOMÓREK MACIERZYSTYCH
Obecnoœæ niehematopoetycznych komórek macierzystych w szpiku kostnym
potwierdzaj¹ wyniki obserwacji œwiadcz¹ce o udziale komórek szpiku kostnego w
regeneracji narz¹dów i tkanek [9, 78, 90]. W tabeli 2 zestawiono charakterystyczne
cechy fenotypowe ró¿nych rodzajów niehematopoetycznych komórek macierzystych,
które zidentyfikowano w szpiku kostnym. Nie mo¿na wykluczyæ, ¿e ró¿ni badacze
stosuj¹c ró¿ne strategie izolacji opisywali w rzeczywistoœci „zbli¿one” populacje
komórek macierzystych, nadaj¹c im ró¿ne nazwy. Poni¿ej krótko opisano charakterystykê tych populacji oraz wystêpuj¹ce pomiêdzy nimi podobieñstwa.
Komórki progenitorowe œródb³onka naczyñ – EPC (ang. Endothelial Progenitor Cells). Podano, ¿e szpik kostny zarówno myszy, jak i cz³owieka zawiera
m.in. prekursory œródb³onka [4, 5]. Co wiêcej, zaobserwowano, i¿ wspomniane
rezyduj¹ce EPC mog¹ byæ uwolnione ze szpiku do krwiobiegu i braæ udzia³ w
procesach waskularyzacji towarzysz¹cych naprawie uszkodzonych organów [45, 97,
98, 103]. Okreœlenie stopnia udzia³u EPC pochodz¹cych ze szpiku w waskularyzacji
narz¹dów wci¹¿ jednak wymaga dalszych badañ.
Mezenchymalne komórki macierzyste/stromalne – MSC (ang. Mesenchymal Stem Cells; Multipotent Mesenchymal Stromal Cells). MSC stanowi¹
populacjê fibroblastów szpiku kostnego, bêd¹cych podstawowymi komórkami
zapewniaj¹cymi odpowiednie mikroœrodowisko dla wzrostu i ró¿nicowania KKM [22,
23, 84]. Ponadto, zdolne s¹ one do ró¿nicowania w komórki tkanek mezenchymalnych, takich jak: tkanka ³¹czna w³aœciwa, t³uszczowa, kostna, chrzêstna oraz
wiêzade³ i œciêgien [10, 84]. Nie mo¿na wykluczyæ jednak, ¿e izolowane populacje
MSC zawieraj¹ równie¿ inne niehematopoetyczne komórki macierzyste. Taka
mo¿liwoœæ powinna byæ brana pod uwagê przy interpretacji wyników wskazuj¹cych
na transró¿nicowanie MSC w komórki pochodz¹ce z innych ni¿ mezoderma listków
zarodkowych (np. w pochodz¹ce z ektodermy komórki nerwowe). W zwi¹zku z
licznymi rozbie¿noœciami towarzystwo International Society for Cellular Therapy
zaproponowa³o niedawno unikanie sformu³owania „komórki macierzyste” (stem cells)
w odniesieniu do MSC, proponuj¹c ich alternatywn¹ nazwê – „multipotencjalne
mezenchymalne komórki stromalne” [36].
VSELs – OBECNY STAN BADAÑ
69
TABELA 2 . F e no typ o we c e c hy nie he ma to p o e tyc znyc h k o mó re k ma c ie rzystyc h
zid e ntyfik o wa nyc h i wyizo lo wa nyc h ze szp ik u k o stne go
TABLE 2 . N o nhe ma to p o ie tic ste m c e lls id e ntifie d in the b o ne ma rro w
K o mó rk i ma c ie rzyste
F e no typ
K o mó rk i p ro ge nito ro we œró d b ³o nk a
Lud zk ie - C D1 3 3 +, C D3 4 +, c - k it (C D11 7 )+,
VE- k a d he ryna +, VEGF R2 +, C D1 4 6 +, vWF +,
(EP C – E n d o t h e lia l P ro g e n it o r C e lls)
C D3 1 +
Mysie - S c a - 1 +, c - K it (C D11 7 )+, Lin- ,
VEGF R2 +, VE- k a d he ryna +, Tie 2 +, C D1 4 6 +,
vWF +, C D3 1 +
K o mó rk i ma c ie rzyste me ze nc hyma lne
K ryte ria wg In t e rn a t io n a l S o c ie t y f o r
( M S C – M e s e n c h y m a l S t e m C e lls ) *
C e llu la r T h e r a p y : C D1 0 5 + , C D7 3 + , C D9 0 + ,
C D4 5 - , C D3 4 - , C D1 4 - , C D11 b - , C D7 9 a - ,
C D1 9 - , HLA- DRMultip o te nc ja lne d o jrza ³e k o mó rk i p ro ge nito ro we S S EA- 1 +, C D1 3 +, F lk - 1 low, Thy- 1 low, C D3 4 - ,
(MAP C – Mu lt ip o t e n t A d u lt P ro g e n it o r C e lls) * C D4 4 - C D4 5 - , C D11 7 (c - k it)- , MHC I - ,
M HC I I K o mó rk i MI AMI
C D2 9 + , C D6 3 + , C D8 1 + , C D1 2 2 + , C D1 6 4 + ,
(MI AMI – Ma rro w Iso la t e d A d u lt Mu lt ilin e a g e c - me t+, BMP R1 B+, N TRK 3 +, C D3 4 - , C D3 6 - ,
C D4 5 - , D11 7 (c - k it)- , HLA- DRI n d u c ib le C e lls ) *
Ba rd zo ma ³e k o mó rk i ma c ie rzyste p o d o b ne d o
C XC R4 +, AC 1 3 3 +, C D3 4 +, S S EA- 1 + (mysz),
k o mó re k e mb rio na lnyc h
S S EA- 4 + (c z³o wie k ), AP +, c - me t+, LI F - R+,
C D4 5 - , Lin- , MHC I - , HLA- DR- , C D9 0 - ,
(VS ELs – Ve ry S m a ll E m b ry o n ic L ik e S t e m
C D2 9 - , C D1 0 5 c e lls )
* (fe no typ k o mó re k p o e k sp a nsji/ fe no typ k o mó re k a d he re ntnyc h w ho d o wli)
S k ró ty: AP – - p ³o d o wy typ a lk a lic zne j fo sfa ta zy; BMP R1 – - re c e p to r typ u 1 B d la BMP (a ng.
Bo n e Mo rp h o g e n e t ic P ro t e in ); LI F - R – - re c e p to r d la LI F (a ng. L e u k e m ia In h ib it o ry F a c t o r) ;
N TRK 3 – re c e p to r typ u 3 d la e uro tro p o we j k ina zy tyro zyno we j; vW – - c zynnik vo n
Wille b ra nd a
Multipotencjalne komórki progenitorowe – MAPC (ang. Multipotent Adult
Progenitor Cells). Komórki MAPC wyizolowane zosta³y jako frakcja adherentnych
komórek jednoj¹drowych szpiku kostnego o fenotypie CD45- GPA-A- oraz morfologii
zbli¿onej do MSC [42]. MAPC pozostaj¹ jak dot¹d jedyn¹ populacj¹ szpikowych
komórek macierzystych, która po wstrzykniêciu do rozwijaj¹cej siê blastocysty mo¿e
uczestniczyæ w tworzeniu komórek wszystkich trzech listków zarodkowych.
Komplementacja rozwoju blastocysty przez te komórki ma wskazywaæ na ich
pluripotencjalnoœæ [42]. Powy¿sza obserwacja wymaga jednak potwierdzenia przez
inne niezale¿ne laboratoria.
Komórki MIAMI (ang. Marrow-Isolated Adult Multilineage Inducible cells).
Populacja komórek MIAMI zosta³a wyizolowana z frakcji komórek jednoj¹drowych
ludzkiego szpiku kostnego w hodowlach ze zmniejszon¹ zawartoœci¹ tlenu, na
pod³o¿ach zawieraj¹cych fibronektynê [16]. Komórki MIAMI izolowano ze szpiku
kostnego osób w ró¿nym wieku, od 3. do 72. roku ¿ycia. Linie komórkowe wyprowadzone z MIAMI wykazywa³y in vitro ekspresjê licznych markerów komórek
nale¿¹cych do trzech listków zarodkowych, co wskazywaæ mo¿e na ich pluripotencjê.
Jednak¿e udzia³ tych komórek w komplementacji rozwijaj¹cej siê blastocysty nie by³
70
I. KLICH, S. WALAT, J. RATAJCZAK, M. KUCIA, M. Z. RATAJCZAK
dotychczas badany, podobnie jak i potencjalny zwi¹zek miêdzy MIAMI oraz
wspomnianymi powy¿ej komórkami MAPC. Jest wysoce prawdopodobne, ¿e
stanowi¹ one populacje podobnych komórek izolowanych za pomoc¹ ró¿nych
strategii badawczych.
SZPIK KOSTNY JAKO RÓD£O PLURIPOTENCJALNYCH
KOMÓREK MACIERZYSTYCH – IDENTYFIKACJA
BARDZO MA£YCH KOMÓREK MACIERZYSTYCH
PRZYPOMINAJ¥CYCH KOMÓRKI EMBRIONALNE – VSELs
Kilka lat temu zespó³ nasz zaproponowa³ alternatywne wyjaœnienie zjawiska
„plastycznoœci” KKM. Za³o¿yliœmy, jak powy¿ej wspomniano, ¿e szpik kostny jest
Ÿród³em heterogenicznych populacji komórek macierzystych i obok KKM zawiera
tak¿e pluripotencjalne komórki macierzyste (PKM) maj¹ce zdolnoœæ ró¿nicowania
siê w rozmaite tkanki [53, 90].
Komórki o takich w³aœciwoœciach uda³o siê nam ostatnio zidentyfikowaæ i
wyizolowaæ ze szpiku kostnego [53, 90]. Strategiê izolacji wspomnianej populacji
bardzo ma³ych Sca-1+ CD45- lin- komórek z mysiego szpiku kostnego z zastosowaniem FACS (ang. Fluorescence Activated Cell Sorter) zobrazowano na rycinie 1.
Badania na poziomie mRNA wykaza³y obecnoœæ w tych komórkach silnej ekspresji
wczesnych, tkankowo specyficznych genów reguluj¹cych procesy ró¿nicowania w
kierunku linii niehematopoetycznych, przy jednoczesnej ekspresji szeregu embrionalnych czynników transkrypcyjnych, takich jak: Oct-4, Nanog i Rex-1 [52]. Pomocne
w wyizolowaniu powy¿szych komórek by³y wyniki wstêpnych badañ sugeruj¹ce, ¿e
komórki te: 1) bêd¹ wykazywa³y ekspresjê receptora CXCR4 (komórki mysie i
ludzkie) oraz antygenów CD133 (komórki mysie i ludzkie) i Sca-1 (komórki mysie);
2) bêd¹ niehematopoetyczne, a wiêc CD45– oraz 3) bêd¹ bardzo ma³e (3–4 mm
œrednicy u myszy i 4–6 mm œrednicy u cz³owieka).
Komórki te, jak wspomniano, wykazuj¹ ekspresjê szeregu markerów komórek
pluripotencjalnych, w tym SSEA-4, Oct-4, Rex-1 i Rif-1, na poziomie zarówno
mRNA, jak i bia³ka. Jednoczeœnie s¹ negatywne pod wzglêdem obecnoœci antygenów
zgodnoœci tkankowej MHC-I i MHC-II (HLA-DR) oraz bia³ek specyficznych dla
linii mezenchymalnej, takich jak: CD90, CD105 i CD29 [51]. Co wa¿niejsze, komórki
te izolowane z mysiego szpiku kostnego w badaniach z zastosowaniem elektronowego mikroskopu transmisyjnego maj¹ cechy charakterystyczne dla komórek embrionalnych, takie jak: obecnoœæ du¿ego j¹dra komórkowego otoczonego w¹skim r¹bkiem
cytoplazmy oraz wystêpowanie luŸnej chromatyny (euchromatyny) w j¹drze komórkowym. Co najwa¿niejsze, pomimo bardzo ma³ych wymiarów komórki te zawieraj¹
prawid³ow¹ diploidaln¹ liczbê chromosomów, a tak¿e liczne mitochondria. Odznaczaj¹
siê równie¿ wysok¹ aktywnoœci¹ telomerazy. Wykorzystuj¹c powy¿sze kryteria,
komórki te okreœliliœmy mianem „bardzo ma³ych komórek macierzystych podobnych
do komórek embrionalnych” – VSELs (ang. Very Small Embryonic-Like stem cells)
VSELs – OBECNY STAN BADAÑ
71
RYCINA 1. Izolacja komórek VSELs ze szpiku kostnego doros³ych myszy za pomoc¹ FACS. Na rycinie
zobrazowano strategiê izolacji VSELs za pomoc¹ sortowania FACS (ang. Fluorescence Activated Cell
Sorting). Komórki szpiku kostnego izolowano z koœci udowych i piszczelowych koñczyn tylnych 4–8
tygodniowych myszy szczepu C57BL/6. Erytrocyty eliminowano za pomoc¹ lizy, a pe³n¹ populacjê
komórek szpiku kostnego barwiono stosuj¹c przeciwcia³a monoklonalne przeciwko mysim antygenom
CD45 i Sca-1 oraz markerom specyficznym dla linii hematopoetycznych. Stosowano przeciwcia³a
bezpoœrednio skoniugowane z fluorochromami (BD Pharmingen, USA). PANEL A obrazuje rozmieszczenie
komórek w zale¿noœci od parametrów FSC (ang. Forward Scatter) i SSC (ang. Side Scatter) komórek,
zale¿nych odpowiednio od wielkoœci oraz ziarnistoœci tych komórek. Region R1 zawiera komórki ma³e (2–
8 µm) o morfologii limfocytarnej. Komórki z tego regionu przedstawiono na PANELU B w zale¿noœci od
ich ekspresji markerów liniowych oraz Sca-1. Komórki o fenotypie Lin-Sca-1+ analizowano dalej pod
wzglêdem ekspresji antygenu CD45 (Panel C). VSELs sortowano jako komórki o fenotypie CD45-LinSca-1+ (region R3), natomiast KKM, jako CD45+Lin-Sca-1+ (region R4). Wartoœæ procentowa jest to¿sama
z odsetkow¹ œredni¹ zawartoœci¹ ka¿dej z populacji wœród wszystkich komórek jednoj¹drowych szpiku
kostnego myszy
FIGURE 1. Strategy to isolate very small embryonic like cells (VSELs) in the bone marrow derived from
adult mice based on FACS sorting. The strategy to isolate very small embryonic like cells (VSELs) based
on fluorescence-activated cell sorting (FACS) is showed. VSELs were sorted from bone marrow-mononuclear cells (BMMNCs) derived from 1 to 2-month-old mice of C57BL/6 strain. Erythrocytes were
removed by a hypotonic solution (Lysing Buffer, BD Biosciences, San Jose, USA). To label BMMNC,
the immunostaining for murine CD45, Sca-1 and lineage markers with specific antibodies conjugated with
the fluorochromes (BD Pharmingen, USA) was performed. PANEL A: Cell distribution based on FSC
(Forward Scatter) and SSC (Side Scatter) parameters that describe their size and granularity, respectively.
Region 1 (R1) contains small cells with a size between 2 and 8 mm and lymphocytic morphology. Cells
from R1 region are shown in PANEL B according to their lineage markers and Sca-1 expression. Sca1+Lin+ cells were analyzed furthermore based on CD45 antigen expression (PANEL C). VSELs were
sorted as population of CD45–Lin–Sca-1+ cells (Region R3) and hematopoietic stem cells (HSCs) were
sorted as population CD45+Lin–Sca-1+ cells (Region R4). Percent values are equall to mean quantity of
each cell population among the all BMMNCs in the murine bone marrow
72
I. KLICH, S. WALAT, J. RATAJCZAK, M. KUCIA, M. Z. RATAJCZAK
[52]. Ostatnio, stosuj¹c cytometriê przep³ywow¹, uda³o siê nam zidentyfikowaæ
podobne Sca-1+lin-CD45- komórki w tkankach wiêkszoœci mysich organów, m.in.
w nerkach, p³ucach, sercu oraz j¹drach. Komórki VSELs wyizolowano tak¿e z
siatkówki oka, wykazuj¹c jednoczeœnie, ¿e maj¹ one podobnie jak komórki szpikowe
charakter komórek pluripotencjalnych [64]. Zaobserwowaliœmy, ¿e wielkoœæ VSELs
mo¿e byæ ró¿na w zale¿noœci od narz¹du, z którego s¹ izolowane. Komórki spe³niaj¹ce kryteria fenotypowe przyjête dla populacji mysich VSELs zidentyfikowaliœmy
ostatnio w ludzkiej krwi pêpowinowej [51], co wskazuje na to, i¿ mog¹ wystêpowaæ
tak¿e w tkankach cz³owieka.
Wyniki dotychczasowych badañ przeprowadzonych w naszym laboratorium
wskazuj¹ tym samym, ¿e w wiêkszoœci tkanek doros³ych osobników obecna jest
populacja PKM maj¹cych szereg cech komórek pierwotnej ektodermy – czyli
epiblastu. Jak wiadomo, w prawid³owym rozwoju embrionalnym epiblast daje
pocz¹tek KM specyficznym tkankowo i narz¹dowo. PKM obecne w epiblaœcie
podlegaj¹ ró¿nicowaniu, najpierw do multipotencjalnych, a nastêpnie tkankowo
specyficznych komórek macierzystych, które bior¹ udzia³ najpierw w tworzeniu, a
nastêpnie w regeneracji i odm³adzaniu narz¹dów [70, 92]. Uwa¿amy, ¿e niektóre z
tych pierwotnych komórek mog¹ unikn¹æ specyfikacji w kierunku bardziej
zró¿nicowanych KM oraz zachowuj¹c swój pluripotencjalny charakter przetrwaæ u
doros³ych osobników pomiêdzy zró¿nicowanymi tkankowo specyficznymi KM jako
populacja komórek VSELs (ryc. 2).
Podsumowuj¹c, pochodz¹ce z epiblastu VSELs zostaj¹ zdeponowane pocz¹tkowo
w powstaj¹cych podczas gastrulacji listkach zarodkowych we wczesnych etapach
embriogenezy, a nastêpnie w rozwijaj¹cych siê narz¹dach (ryc. 3), gdzie prze¿ywaj¹
do czasu osi¹gniêcia dojrza³oœci organizmu [91]. Cech¹ charakterystyczn¹ tych
komórek jest ekspresja genów typowych dla pluripotencjalnych komórek epiblastu,
takich jak: SSEA-4, Oct-4 i Nanog. Hipotezê t¹ potwierdzaj¹ publikowane ostatnio
dane wskazuj¹ce na obecnoœæ komórek macierzystych maj¹cych markery komórek
epiblastu (np. Oct-4, SSEA) nie tylko w szpiku kostnym [3, 52, 81], ale równie¿ w
tkankach wielu organów niehematopoetycznych, takich jak: naskórek [27], nab³onek
oskrzeli [62], miêsieñ sercowy [71], trzustka [17, 49], j¹dra [29, 44], miazga zêbowa
[46], siatkówka [48], a tak¿e w p³ynie owodniowym [19]. Komórki te odpowiadaj¹
populacji Oct-4+ VSELs. Mog¹ siê one nieznacznie ró¿niæ morfologi¹ i wielkoœci¹
w zale¿noœci od typu tkanki, z której s¹ izolowane [55, 91].
Jak wspominano powy¿ej, komórki podobne do VSELs zidentyfikowanych
uprzednio w mysim szpiku uda³o siê nam ostatnio wyizolowaæ z ludzkiej krwi
pêpowinowej [51] (tab. 3). Zgromadziliœmy te¿ dowody, ¿e podobna populacja
rezyduje w ludzkim szpiku, szczególnie u ludzi w m³odym wieku. Uwa¿amy, ¿e
VSELs mog¹ staæ siê alternatywnym Ÿród³em komórek macierzystych wykorzystywanych w celach terapeutycznych. Warto nadmieniæ, ¿e komórki te z powodzeniem
zosta³y ju¿ zastosowane w regeneracji miêœnia sercowego w eksperymentalnym
modelu zawa³u u myszy [18].
VSELs – OBECNY STAN BADAÑ
73
RYCINA 2. Potencjalny udzia³ komórek VSELs w regeneracji tkanek. PANEL A: Liczba VSELs w
dojrza³ych tkankach mo¿e ulegaæ zmianie w wyniku ich eliminowania wraz ze zwiêkszaniem liczby
tkankowo specyficznych komórek macierzystych wytwarzanych podczas embriogenezy/gastrulacji.
PANEL B: Alternatywnie wzglêdem panelu A mo¿liwe jest prze¿ycie komórek VSELs wœród tkankowo
specyficznych komórek macierzystych; VSELs mog¹ stanowiæ dodatkowe ich Ÿród³o
FIGURE 2. Potential VSELs activity in tissue regeneration. PANEL A: The VSELs number in adult
tissues can be modified due to their elimination by pararel increasment of the quantity of tissue-committed stem and progenitor cells produced in embriogenesis and gastrulation phases of organism development. PANEL B: Contrary to Panel A: possible survival of VSELs among tissue-committed stem and
progenitor cells; VSELs seem to be the addition source of tissue-committed stem and progenitor cells
74
I. KLICH, S. WALAT, J. RATAJCZAK, M. KUCIA, M. Z. RATAJCZAK
RYCINA 3. Hipoteza obecnoœci embrionalnych komórek macierzystych epiblastu w dojrza³ych tkankach.
Obecnoœæ VSELs w w¹trobie p³odowej, szpiku kostnym i innych tkankach mo¿na wyjaœniæ hipotez¹
zasiedlania tych organów w wyniku migracji VSELs z epiblastu pod wp³ywem gradientu stê¿eñ SDF-1.
W¹troba p³odowa jest najwa¿niejszym organem w szlaku migracyjnym tych komórek
FIGURE 3. Hypothetical epiblast-derived stem cells (EPSC) existence in adult tissues. Finding of VSELs
in fetal liver, bone marrow and other tissues can be interpreted according to the hypothesis of VSELs
migration from epiblast to those organs under the SDF-1 gradient. Fetal liver is the most important organ
at the migratory pathways of VSELs in a developing organism
PIÊTNO GENOMOWE (IMPRINTING GENOMOWY) JAKO
MECHANIZM REGULUJ¥CY POTENCJA£ PROLIFERACYJNY VSELs
Z ewolucyjnego punktu widzenia, komórki linii zarodkowej okreœlane s¹ mianem
„nieœmiertelnych” [26, 91, 118]. Pochodz¹ce z linii komórek zarodkowych pierwotne
komórki p³ciowe – PGC (ang. Primordial Germ Cells) ewoluuj¹ w plemniki i komórki
jajowe, które tworz¹ w procesie zap³odnienia zygotê – najwczeœniejsz¹ komórkê linii
zarodkowej. Podczas rozwoju embrionalnego potencja³ linii zarodkowej jest zachowany
w blastomerach moruli i w komórkach wêz³a zarodkowego blastocysty. W stadium
blastocysty czêœæ komórek, które otaczaj¹ blastulê, ró¿nicuje siê w kierunku komórek
trofoblastu daj¹c pocz¹tek ³o¿ysku. Po implantacji blastocysty w macicy komórki
pluripotencjalne zlokalizowane s¹ w epiblaœcie, czyli pierwotnej ektodermie [26, 91, 118].
VSELs – OBECNY STAN BADAÑ
75
TABELA 3 . P o ró wna nie c e c h mo rfo lo gic znyc h i fe no typ o wyc h mysic h i lud zk ic h k o mó re k VS ELs
TABLE 3 . Mo rp ho lo gic a nd p he no typ ic c o mp a riso n o f murine a nd huma n VS ELs
ró d ³o k o mó re k
VS ELs szp ik u mysie go
VS ELs lud zk ie j k rwi p ê p o wino we j
Wie lk o Ͼ
3 – 5 mm
4 – 7 mm
J¹ d r o
d u¿e – za wie ra e uc hro ma tynê , d u¿e – za wie ra e uc hro ma tynê ,
p o d wó jna lic zb a c hro mo so mó w p o d wó jna lic zb a c hro mo so mó w
C yto p la zma
w¹ sk i r¹ b e k c yto p la zmy
w¹ sk i r¹ b e k c yto p la zmy b o ga ty
b o ga ty w mito c ho nd ria
w mito c ho nd ria
C D1 3 3 +, C XC R4 +, C D4 5 - , lin- ,
Ma rk e ry
S c a - 1 +, C XC R4 +, C D4 5 - ,
lin MHC - I HLA- DR ,
MHC - I - HLA- DR- , C D9 0 p o wie rzc hnio we
C D1 0 5 - C D2 9 C D9 0 C D1 0 5 C D2 9
Ma rk e ry za ro d k o wyc h
S S EA- 1 , O c t- 4 , N a no g, Re x- 1 , S S EA- 4 , O c t- 4 , N a no g, Re x- 1
k o mó re k ma c ie rzystyc h d u¿a a k tywno œæ te lo me ra zy
d u¿a a k tywno œæ te lo me ra zy
Ró ¿nic o wa nie in v it ro
+
+
Ud zia ³ w ro zwo ju za ro d k a N ie *
(nie o d p o wie d nie )
* C hro nio ne p rze z znie sie nie so ma tyc zne go imp rintingu ge nó w
U myszy, w 7. dni po zap³odnieniu – dpc. (ang. days post-conception) czêœæ
PKM epiblastu, okreœlana jako PGC, migruje do listw p³ciowych, gdzie ró¿nicuje
siê w oogonia b¹dŸ spermatogonia, z których powstaj¹ oocyty b¹dŸ plemniki [69,
70]. Krótko po specyfikacji PGC, pozosta³e PKM epiblastu zaczynaj¹ ró¿nicowaæ
siê w multi/unipotencjalne komórki, z których rozwijaj¹ siê ró¿ne tkanki i narz¹dy
[91]. Zak³adamy, ¿e w przebiegu ró¿nicowania wywodz¹ce siê z epiblastu PKM
nie s¹ ca³kowicie eliminowane z rozwijaj¹cego siê organizmu. Prawdopodobnie, czêœæ
tych komórek prze¿ywa pomiêdzy tkankowo specyficznymi komórkami macierzystymi
jako populacja VSELs [91].
Jak wiadomo, jednym z podstawowych problemów medycyny regeneracyjnej jest
opracowanie efektywnej ekspansji PKM. PKM poddaj¹ siê ekspansji tylko wtedy,
kiedy maj¹ prawid³owy imprinting genomowy (piêtno genomowe). Piêtno genomowe
jest bowiem jednym z mechanizmów, które kontroluj¹ ekspansjê i proliferacjê PKM
w doros³ym organizmie i najlepiej zosta³o poznane w³aœnie w populacji PGC.
Jak wykazano, PGC wyizolowane z rozwijaj¹cych siê p³odów po 11. dniu rozwoju
embrionalnego: 1) szybko gin¹ w hodowlach in vitro, 2) j¹dra komórkowe tych
komórek nie bior¹ udzia³u w tworzeniu klonu podczas transferu j¹drowego do
enukleowanej komórki jajowej, 3) nie tworz¹ potworniaków po wstrzykniêciu
zwierzêtom doœwiadczalnym i 4) nie komplementuj¹ rozwoju zarodka po iniekcji do
rozwijaj¹cej siê blastocysty [20, 66, 77, 91, 114]. Tak wiêc, ta najwa¿niejsza populacja
KM odpowiedzialna za przenoszenie informacji genetycznej z pokolenia na pokolenie
nie wykazuje tych wszystkich cech, które tradycyjnie przypisuje siê PKM. Za stan
ten odpowiedzialne jest usuniêcie piêtna genomowego (ang. somatic imprint) na
wa¿nych rozwojowo genach [77, 91, 114].
Piêtno genomowe polega na ró¿nym stopniu metylacji niektórych genów w
komórkach jajowych i plemnikach [59, 67]. Gen jest metylowany (naznaczany) na
76
I. KLICH, S. WALAT, J. RATAJCZAK, M. KUCIA, M. Z. RATAJCZAK
allelu pochodz¹cym tylko od jednego z rodziców. Do tej pory poznano np. u myszy
oko³o 80 takich genów, które s¹ naznaczane g³ównie w komórkach rozrodczych
¿eñskich. Tylko kilka genów jest naznaczanych w gametach mêskich (np. Igf2-H19,
Rasgrf1, Meg3) [59, 67, 91]. Podczas zap³odnienia, pary odpowiednich genów
wykazuj¹cych piêtno wystêpuj¹ w odpowiedniej proporcji w zygocie i piêtno to
utrzymuje siê nastêpnie podczas rozwoju we wszystkich komórkach linii somatycznej.
Odmienna sytuacja wystêpuje w PGC. Usuniêcie (demetylacja) jednostek
regulatorowych genów wykazuj¹cych imprinting nastêpuje podczas migracji PGC do
listw p³ciowych [59, 67]. Usuniêcie piêtna genomowego w PGC ma powodowaæ, ¿e
komórki te, jeœli zmieni¹ kierunek migracji podczas ich wêdrówki do listew p³ciowych
i osiedl¹ siê w innych narz¹dach, nie bêd¹ ulega³y proliferacji i tworzy³y potworniaków.
Jest to równie¿ wa¿ny mechanizm maj¹cy za zadanie kontrolowanie proliferacji tych
komórek i zapobiega zjawisku dzieworództwa (partenogenezy). Piêtno genomowe
zostanie ponownie odbudowane w komórkach gamet w j¹drach i jajnikach po
pierwszym podziale mejotycznym, gdy liczba DNA zostanie zredukowana do po³owy
tak, aby diploidalna zygota powstaj¹ca w wyniku zap³odnienia mia³a prawid³owy wzrost
metylacji genów pochodz¹cych od samca i samicy.
Jeœli jednak PGC, w których dosz³o ju¿ do usuniêcia piêtna genomowego,
umieszczone zostan¹ w hodowli na warstwie mysich fibroblastów p³odowych w
obecnoœci wyselekcjonowanych czynników wzrostu np. czynnika hamuj¹cego
bia³aczkê – LIF (ang. Leukemia Inhibitory Factor), zasadowego czynnika wzrostu
fibroblastów – bFGF (ang. basic Fibroblast Growth Factor) i liganda receptora
c-kit, mog¹ one ulec zmianom epigenetycznym i odzyskaæ prawid³owy wzór
somatyczny piêtnowanych genów [25, 93]. Powstaj¹ wtedy „unieœmiertelnione”
embrionalne komórki p³ciowe – EGC (ang. Embryonic Germ Cells) [68, 118],
maj¹ce w³aœciwoœci PKM. EGC w przeciwieñstwie do PGC: 1) ró¿nicuj¹ siê w
hodowlach in vitro w komórki pochodz¹ce potencjalnie z trzech listków zarodkowych, 2) j¹dra komórkowe tych komórek bior¹ udzia³ w tworzeniu klonu podczas
transferu j¹drowego do enukleowanej komórki jajowej, 3) daj¹ pocz¹tek potworniakom po wstrzykniêciu zwierzêtom doœwiadczalnym oraz 4) komplementuj¹ rozwój
zarodka po iniekcji do rozwijaj¹cej siê blastocysty. Ta zmiana w³aœciwoœci biologicznych PGC po transformacji w EGC wi¹¿e siê, jak wspominano powy¿ej, z
odtworzeniem prawid³owego piêtna genomowego. Tak wiêc proces ten ma charakter
odwracalny i w niektórych warunkach mo¿e zostaæ odtworzony.
Ostatnio wykazaliœmy, ¿e podobne zjawisko, jakie opisano dla PGC, zachodzi tak¿e
w VSELs i kontroluje proliferacjê tych komórek. Stwierdziliœmy bowiem, ¿e usuniêcie
imprintingu genomowego na niektórych genach (Igf2-H19, Rasgrf1) VSELs jest
odpowiedzialne za to, ¿e komórki te w dojrza³ych tkankach pozostaj¹ w stanie
„uœpienia”. Chroni to organizm przed powstawaniem potworniaków [55, 91].
Niemniej jednak, podobnie jak w przypadku PGC, proces ten w „sprzyjaj¹cych
warunkach epigenetycznych” jest odwracalny. Dlatego te¿ pracujemy nad strategi¹
prowadz¹c¹ do przywrócenia w³aœciwego somatycznego imprintingu w VSELs.
Uwa¿amy, ¿e VSELs po przywróceniu prawid³owego piêtna genomowego mog³yby
potencjalnie staæ siê alternatyw¹ dla komórek embrionalnych pozyskiwanych z
VSELs – OBECNY STAN BADAÑ
77
p³odów, czy te¿ tzw. indukowanych PKM otrzymywanych w wyniku transformacji
komórek somatycznych [55, 91, 102, 110].
RÓ¯NICOWANIE MYSICH VSELs IN VITRO
Zidentyfikowane i opisane przez nasz¹ grupê VSELs stanowi¹ bardzo ma³¹ liczebnie
populacjê komórek obecnych w szpiku kostnym doros³ych osobników (1 komórka
VSELs na ok. 104–105 komórek jednoj¹drowych mysiego szpiku) [52]. Z obserwacji
naszych wynika tak¿e, ¿e szpik kostny m³odych myszy zawiera wiêcej komórek o
fenotypie VSELs, a liczba tych komórek maleje z wiekiem osobnika [52]. Maj¹c na
uwadze potencjalne wykorzystanie tych komórek do celów terapeutycznych niezbêdnym
wydaje siê szybkie opracowanie skutecznej metody ich ekspansji ex vivo.
Prowadzimy wiêc intensywne badania nad opracowaniem sk³adu skutecznego
„koktajlu” ró¿nych czynników wzrostowych stymuluj¹cych proliferacjê VSELs. Nasze
dotychczasowe obserwacje wskazuj¹, ¿e VSELs wymagaj¹ do proliferacji nie tylko
œrodowiska hodowlanego o odpowiednim sk³adzie, ale równie¿ sygna³ów kostymuluj¹cych w hodowlach z innymi komórkami (np. mysimi fibroblastami podœcieliska
szpiku kostnego). W takich warunkach hodowlanych VSELs dziel¹ siê oraz ró¿nicuj¹
w komórki nale¿¹ce potencjalnie do trzech listków zarodkowych, tj. kardiomiocyty
(mezoderma), ró¿ne rodzaje komórek nerwowych (ektoderma) oraz komórki trzustki
syntetyzuj¹ce insulinê (endoderma) [52]. W hodowlach na komórkach linii stromalnej
OP-9 VSELs ró¿nicuj¹ siê w kierunku komórek hematopoetycznych. Stwierdziliœmy
równie¿, ¿e w hodowli z mysimi komórkami linii mioblastycznej C2C12 oko³o
5–10% VSELs tworzy sfery przypominaj¹ce kule zarodkowe. Komórki znajduj¹ce
siê w takich sferach wykazuj¹ aktywnoœæ p³odowej formy fosfatazy alkalicznej [52]
oraz wykazuj¹ cechy komórek niedojrza³ych – zawieraj¹ du¿e j¹dro komórkowe
wype³nione euchromatyn¹. Ponadto, jeœli zostan¹ wyizolowane i umieszczone w
odpowiednim medium ró¿nicuj¹cym, przekszta³caj¹ siê w komórki wszystkich trzech
listków zarodkowych. Obecnie nasza grupa prowadzi tak¿e intensywne badania
potencja³u regeneracyjnego komórek pochodz¹cych ze wspomnianych sfer w ró¿nych
zwierzêcych modelach uszkodzenia tkanek in vivo.
SZPIK KOSTNY JAKO RÓD£O KR¥¯¥CYCH
NIEHEMATOPOETYCZNYCH KOMÓREK MACIERZYSTYCH
W warunkach fizjologicznych niewielka liczba KKM stanowi pulê kr¹¿¹c¹ we
krwi obwodowej powstaj¹c¹ w wyniku samoodnawiania siê komórek macierzystych
w niszach szpikowych i utrzymuj¹c¹ równowagê puli komórek macierzystych w
innych, oddalonych niszach szpiku kostnego. Uwa¿amy, ¿e kr¹¿¹ce komórki macierzyste mog¹ konkurowaæ o nisze specyficzne dla ró¿nych tkanek i narz¹dów.
Zjawisko to mo¿e t³umaczyæ fakt wystêpowania heterogenicznych populacji komórek
78
I. KLICH, S. WALAT, J. RATAJCZAK, M. KUCIA, M. Z. RATAJCZAK
macierzystych w ró¿nych organach, np. obecnoœæ KKM w miêœniach szkieletowych.
Liczba uwolnionych do krwiobiegu KKM zwiêksza siê po podaniu chemotaktycznych
czynników mobilizuj¹cych, takich jak np. czynnik wzrostowy kolonii granulocytów
– G-CSF (ang. Granulocyte-Colony Stimulating Factor) [82] czy te¿ antagonista
receptora CXCR4 – bicyklam AMD3100 [21]. KKM ulegaj¹ równie¿ mobilizacji
w sytuacjach stresowych dla organizmu, np. w hipoksji czy te¿ po uszkodzeniu
narz¹dów [103, 105, 111].
Potwierdzono, ¿e równie¿ niehematopoetyczne komórki macierzyste szpiku
kostnego mog¹ pokonywaæ barierê szpikow¹ i kr¹¿yæ we krwi, m.in. podczas
mobilizacji farmakologicznej (G-CSF, AMD3100) lub stresu zwi¹zanego z uszkodzeniem tkanek czy organów (np. zawa³ miêœnia sercowego, udar mózgu, toksyczne
uszkodzenie w¹troby) [90, 99]. Dlatego zjawisko mobilizacji komórek macierzystych
ze szpiku kostnego do krwi obwodowej powinno byæ postrzegane jako proces uwalniania nie tylko KKM, ale równie¿ komórek macierzystych niehematopoetycznych.
Co wiêcej, mobilizacja œrodkami farmakologicznymi w po³¹czeniu z leukoferez¹ mo¿e
znaleŸæ zastosowanie kliniczne do pozyskiwania obok szpikowych KKM tak¿e i
pierwotnych komórek niehematopoetycznych.
W tabeli 4 wymieniono niektóre sytuacje kliniczne prowadz¹ce do zwiêkszenia
liczby komórek macierzystych kr¹¿¹cych we krwi obwodowej. Zjawisko to obserwowano w przypadkach uszkodzenia miêœni szkieletowych [57, 65, 80] oraz miêœnia
sercowego [50, 111], w udarze mózgu [56], skomplikowanych z³amaniach koœci [28],
uszkodzeniach w¹troby i nerek [105], niedokrwieniu koñczyn [43], a tak¿e po
transplantacjach w¹troby i p³uc [60] oraz operacjach na otwartym sercu [73].
Wspomniane kr¹¿¹ce komórki szpikowe opisano jako komórki prekursorowe
œródb³onka, komórki satelitowe miêœni szkieletowych [57], komórki progenitorowe
dla miêœnia sercowego [111], komórek nerwowych i koœci [28, 56], a tak¿e jako
MSC oraz tzw. fibrocyty [8, 83], które prawdopodobnie stanowi¹ funkcjonalnie
zmienion¹ subpopulacjê MSC.
Dane te wskazuj¹, ¿e podczas uszkodzenia tkanek i narz¹dów niehematopoetyczne
komórki macierzyste mobilizowane s¹ ze szpiku kostnego oraz prawdopodobnie z
innych niszy tkankowych do krwi obwodowej, gdzie kr¹¿¹ jako potencjalne Ÿród³o
komórek macierzystych wspomagaj¹cych regeneracjê. Kr¹¿eniem ich zawiaduj¹
uwalniane z uszkodzonych tkanek chemoatraktanty, takie jak: SDF-1 (Stromal
Derived Factor-1), VEGF, HGF/SF, LIF oraz bFGF [33, 37, 54, 85, 116].
Stwierdzono równie¿, ¿e czynnik transkrypcyjny HIF-1 (Hypoxia Regulated/
Inducible transcription Factor-1), zwi¹zany z niedotlenieniem tkanek, ma bardzo
znacz¹cy udzia³ w regulacji ekspresji tych ligandów [34, 95]. Promotory genów dla
SDF-1, VEGF oraz HGF/SF zawieraj¹ bowiem funkcjonalne miejsca wi¹zania
HIF-1 [12, 34, 101, 112]. W ten sposób hipoksja mo¿e indukowaæ ekspresjê
wymienionych czynników odpowiedzialnych za uwalnianie komórek macierzystych
ze szpiku, w tym VSELs i ich ukierunkowan¹ migracjê do uszkodzonych tkanek i
narz¹dów (ryc. 4).
VSELs – OBECNY STAN BADAÑ
79
TABELA 4 . Do wo d y na k r¹ ¿e nie nie he ma to p o e tyc znyc h k o mó re k ma c ie rzystyc h szp ik u k o stne go
w ró ¿nyc h sta na c h k linic znyc h
TABLE 4 . P ro o fs fo r the b o ne ma rro w- d e rive d no nhe ma to p o ie tic ste m c e lls c irc ula tio n a t d iffe re nt
p a tho lo gic a l sta te s o f huma n o rga nism
Uszk o d ze nie
Mysz – k o mó rk i ma c ie rzyste ze szp ik u k o stne go zo sta ³y o p isa ne ja k o k o mó rk i
miê œni
za sila j¹ c e p ulê k o mó re k sa te lito wyc h p o p rze szc ze p ie d o na p ro mie nio nyc h
szk ie le to wyc h
miê œni, p o d o b nie szp ik o we K M uc ze stnic zy³y w re ge ne ra c ji miê œni szk ie le to wyc h
uszk o d zo nyc h w na stê p stwie inte nsywnyc h æ wic ze ñ fizyc znyc h
Za wa ³ miê œnia
C z³o wie k – zwiê k sze nie lic zb y k r¹ ¿¹ c yc h we k rwi k o mó re k C D3 4 +, C XC R4 +,
c - Me t+ o p isa no p o o strym za wa le miê œnia se rc o we go . K r¹ ¿¹ c e k o mó rk i b y³y
se rc o we go
wzb o ga c o ne w mRN A d la Ga ta - 4 , Me f- 2 C i N k x2 . 5 /C sx
Mysz – Zwiê k sze nie za wa rto œc i mRN A d la ma rk e ró w linii k a d io mio c ytó w:
Ga ta - 4 , Me f- 2 C i N k x. 2 5 /C sx, w c a ³e j p o p ula c ji k o mó re k je d no j¹ d ro wyc h k rwi
o b wo d o we j p o e k sp e ryme nta lnie sp o wo d o wa nym za wa le se rc a
Ud a r mó zgu
Mysz – Zwiê k sze nie za wa rto œc i mRN A d la ma rk e ró w linii ne uro na lnyc h:
GFAP, N e styny i bI I I - tub uliny w c a ³e j p o p ula c ji k o mó re k je d no j¹ d ro wyc h k rwi
o b wo d o we j p o e k sp e ryme nta lnie sp o wo d o wa nym ud a rze mó zgu
Lic zne z³a ma nia C z³o wie k – Zwiê k sze nie za wa rto œc i mRN A d la ma rk e ró w tk a nk i k o stne j
k o œc i
(o ste o k a lc yny, a lk a lic zne j fo sfa ta zy, k o la ge nu typ u I ) w k o mó rk a c h je d no j¹ d ro wyc h k rwi o b wo d o we j u p a c je ntó w ze sk o mp lik o wa nymi z³a ma nia mi k o œc i
Uszk o d ze nie
Mysz – Zwiê k sze nie e fe k tywne go za sie d la nia uszk o d zo ne j (p rze z e k sp o zyc jê
w¹ tr o b y
na C C l4) w¹ tro b y myszy N O D/S C I D p rze z lud zk ie k o mó rk i C D3 4 +C XC R4 +
Uszk o d ze nie
Mysz – Zwiê k sze nie we k rwi lic zb y k r¹ ¿¹ c yc h k o mó re k C D3 4 +C XC R4 + o ra z
ne re k
lin- S c a - 1 + p o d c za s o stre j nie wyd o lno œc i ne re k
P rze szc ze p p ³uc C z³o wie k – Zwiê k sze nie lic zb y k r¹ ¿¹ c yc h k o mó re k C XC R4 + c yto k e ra tyna - 5 +
we k r wi
O p e ra c je na
C z³o wie k – Zwiê k sze nie lic zb y k r¹ ¿¹ c yc h k o mó re k C D3 4 +C XC R4 + we k rwi
o twa r tym s e r c u
P rze szc ze p
C z³o wie k – Zwiê k sze nie lic zb y k r¹ ¿¹ c yc h k o mó re k C D3 4 + we k rwi o ra z
w¹ tr o b y
za wa rto œc i mRN A d la GATA- 4 , c yto k e ra tyny 1 9 i a - fe to p ro te iny
w c a ³e j p o p ula c ji k o mó re k je d no j¹ d ro wyc h k rwi o b wo d o we j
N ie d o tle nie nie
Mysz – O b e c no œæ szp ik o wyc h k o mó re k S c a - 1 + F LK - 1 + Tie - 2 + C D3 4 +
k r¹ ¿¹ c yc h we k rwi o ra z ic h ud zia ³ w ne o wa sk ula ryza c ji
k o ñc zyn
ROLA PROGENITOROWYCH/MACIERZYSTYCH KOMÓREK
SZPIKU KOSTNEGO W PROCESACH PATOLOGICZNYCH
Gromadzone s¹ dowody doœwiadczalne, ¿e uwalniane i kr¹¿¹ce we krwi
obwodowej KM mog¹ odgrywaæ niekorzystn¹ rolê w szeregu procesów patologicznych [96]. Stwierdzono, ¿e jeœli komórki szpikowe zostan¹ zmobilizowane w
niew³aœciwym czasie lub zasiedl¹ niew³aœciw¹ niszê tkankow¹ (np. obszar tkanki
objêty przewlek³ym procesem zapalnym), mog¹ – zamiast wspomagaæ regeneracjê
– prowadziæ do rozwoju zmian patologicznych [94], np. zw³óknienia p³uc, pterygii
ga³ki ocznej czy te¿ neuropatii towarzysz¹cej cukrzycy [31, 32, 100]. Potwierdzono
równie¿, ¿e KM pochodz¹ce ze szpiku kostnego mog¹ braæ udzia³ w rozwoju
niektórych guzów litych. Wskazuj¹ na to wyniki badañ dotycz¹cych raka ¿o³¹dka
80
I. KLICH, S. WALAT, J. RATAJCZAK, M. KUCIA, M. Z. RATAJCZAK
RYCINA 4. Koncepcja kr¹¿enia niehematopoetycznych komórek macierzystych we krwi obwodowej.
PANEL A – Komórki macierzyste mog¹ kr¹¿yæ we krwi obwodowej. W warunkach normalnych kr¹¿y
niewielka ich liczba (g³ównie krwiotwórcze komórki macierzyste), ale zasobnoœæ tej puli KM zwiêksza
siê (w wyniku mobilizacji) podczas uszkodzeñ tkankowych i w stanach stresu (np. zawa³ miêœnia
sercowego, udar mózgu, uszkodzenia w¹troby, zapalenia jelit). Mobilizowane KM s¹ przyci¹gane do
uszkodzonych tkanek przez czynniki chemotaktyczne m.in. czynnik wzrostowy pochodzenia
stromalnego-1 – SDF-1, czynnik wzrostowy hepatocytów – HGF (ang. Hepatocyte Growth Factor), czy
te¿ czynnik wzrostowy komórek œródb³onka – VEGF (ang. Vascular Endothelial Growth Factor). Do
takiej puli komórek macierzystych ulegaj¹cych mobilizacji i kr¹¿¹cych we krwi podczas uszkodzeñ
tkankowych nale¿¹ równie¿ zidentyfikowane ostatnio pluripotencjalne komórki macierzyste, jakimi s¹
VSELs. PANEL B – Potencjalny udzia³ komórek VSELs w regeneracji miêœnia sercowego Podczas zawa³u
miêœnia sercowego ekspresja SDF-1 ulega zwiêkszeniu w uszkodzonej tkance, a tak¿e nastêpuje
gromadzenie siê fragmentów rozk³adu sk³adowej C3 dope³niacza (C3a i desArgC3a). Fragmenty dope³niacza
wzmacniaj¹/moduluj¹ odpowiedŸ komórek macierzystych CXCR4+ na gradient stê¿eñ SDF-1, co powoduje
wiêksz¹ ich efektywnoœæ i skutecznoœæ w regeneracji uszkodzonej tkanki przez tworzenie „super gradientu”
(tak jak w przypadku uszkodzenia miêœnia sercowego – panel B). Poza SDF-1 inne chemoatraktanty
równie¿ odgrywaj¹ wa¿n¹ rolê w tym procesie ( HGF/SF, LIF, VEGF)
FIGURE 4. Concept of the nonhematopoietic stem cells circulation in the peripheral blood. PANEL A –
Stem cells can circulate in peripheral blood.At the normal conditions in human organism, a low number of
stem cells circulate in the peripheral blood (mostly hematopoietic stem cells). However, the quantity of
stem cells increases due to the mobilization mechanisms in situations, such as tissue damage and biological
stress processes (acute myocardial infarction, cerebral stroke, liver parenchyma injury, intestine inflammation, etc…). Mobilized stem cells are attracted to the injured tissues due to the concentration gradient
of chemotactic agents like SDF-1(Stromal Derived Factor-1), HGF (Hepatocyte Growth Factor), and
VEGF (Vascular Endothelial Growth Factor). Among stem cell populations mobilized under tissue injury
conditions the pluripotent stem cells (such as VSELs) were found. PANEL B – Potential VSELs activity
in the myocardial muscle regeneration process. SDF-1 concentration is increased during the acute myocardial infarction. Moreover, activated complement cascade elements (C3a and desArgC3a) appear in the heart
damaged tissue. These elements modulate and upregulate the response of CXCR4+ stem cells to an
increased concentration of SDF-1, what results in a stronger regenerative effect in that tissue by the „super
gradient” creation (like in case of the heart hypoxia and damage – panel B). Other chemoattractants play
important role in this process as well (HGF/SF, LIF, VEGF)
VSELs – OBECNY STAN BADAÑ
81
rozwijaj¹cego siê w nastêpstwie przewlek³ego stanu zapalnego b³ony œluzowej
¿o³¹dka ze wspó³istniej¹cym zaka¿eniem o etiologii Helicobacter pylori [38]. W
zmienionej œluzówce ¿o³¹dka zaobserwowano zwiêkszon¹ ekspresjê SDF-1 (ang.
Stromal Derived Factor-1), co wskazywaæ mo¿e na potencjalny udzia³ tego
chemoatraktanta w mobilizowaniu CXCR4+KM ze szpiku kostnego (np. VSELs?).
Komórki takie po osiedleniu siê w œluzówce ¿o³¹dka transformowa³y w komórki
inicjuj¹ce rozwój gruczolakoraka [61]. Podobne zjawisko, jako mog¹ce wyjaœniaæ
patogenezê rozrostu nowotworowego, wskazano równie¿ w niektórych przypadkach
raka jelita grubego. Ponadto, z licznych obserwacji wynika, ¿e komórki EPC oraz
MSC ze szpiku kostnego mog¹ byæ zaanga¿owane w rozwój nowotworów dostarczaj¹c progenitorów komórek naczyñ krwionoœnych i podœcieliska [24, 106]. Na
potencjalny udzia³ komórek macierzystych szpiku kostnego w rozwoju guzów litych
mo¿e wskazywaæ fakt, ¿e komórki szpikowe eksponowane in vitro na rakotwórcze
dzia³anie 3-metylocholantrenu mog¹ transformowaæ w komórki inicjuj¹ce rozrost wielu
typów nowotworów [63].
Powy¿sze dane dostarczaj¹ wiêc dowodów na to, ¿e komórki macierzyste szpiku
kostnego mog¹ byæ Ÿród³em wielu niehematopoetycznych rozrostów nowotworowych,
a sam szpik jest organem „ukrywaj¹cym” komórki macierzyste potencjalnie podatne
na transformacje nowotworowe. W tym kontekœcie, dalszych badañ wymaga
równie¿ okreœlenie potencjalnego udzia³u komórek VSELs w tych niekorzystnych
zjawiskach.
PERSPEKTYWY BADAÑ NAD KOMÓRKAMI VSELs
Na podstawie analizy wyników badañ w³asnych, jak równie¿ zwiêkszaj¹cej siê
liczby publikowanych doniesieñ potwierdzaj¹cych obecnoœæ ró¿nych populacji
pierwotnych komórek w szpiku kostnym (m.in. pluripotencjalnych VSELs), uwa¿amy,
¿e „pozytywne” wyniki wczeœniejszych badañ sugeruj¹ce „plastycznoœæ” KKM
szpiku kostnego powinny byæ poddane weryfikacji. Nale¿y odpowiedzieæ na pytanie,
czy VSELs mog¹ w organizmie doros³ego osobnika uczestniczyæ w odnowie innych,
liniowo zdeterminowanych komórek macierzystych, w³¹czaj¹c w to np. obecne w
szpiku kostnym KKM.
Stosuj¹c odpowiednie badawcze modele uszkodzeñ narz¹dów u zwierz¹t, poszukujemy odpowiedzi na pytanie, czy VSELs mog¹ znaleŸæ praktyczne zastosowanie w
medycynie regeneracyjnej. Jak wskazaliœmy wczeœniej, VSELs zosta³y ju¿ z powodzeniem zastosowane w eksperymentalnym modelu zawa³u miêœnia sercowego u
myszy [18], ale podstawowym potencjalnym ograniczeniem ich wykorzystania w
celach terapeutycznych jest stosunkowo ma³a liczebnoœæ populacji VSELs w szpiku
kostnym. Ponadto, jak udokumentowaliœmy, liczba tych komórek maleje z wiekiem
[52]. Istnieje równie¿ mo¿liwoœæ, ¿e po uszkodzeniu tkanek VSELs zmobilizowane
ze szpiku, jeœli nawet docieraj¹ bez przeszkód do zmienionego patologicznie narz¹du,
skutecznie uczestnicz¹ w regeneracji jedynie niewielkich uszkodzeñ. Pojawia siê tym
82
I. KLICH, S. WALAT, J. RATAJCZAK, M. KUCIA, M. Z. RATAJCZAK
samym uzasadniona obawa, ¿e efektywna regeneracja wiêkszego i bardziej rozleg³ego uszkodzenia tkankowego (np. zawa³u miêœnia sercowego czy te¿ udaru mózgu)
mo¿e przekraczaæ zdolnoœci regeneracyjne tej stosunkowo ma³oliczebnej populacji
komórek. Dlatego wa¿ne bêdzie opracowanie protoko³ów i procedur zapewniaj¹cych
skuteczn¹ ekspansjê tych komórek ex vivo. Po drugie, migracja i przemieszczenie
VSELs do tkanek objêtych uszkodzeniem zale¿y od sygna³ów chemotaktycznych,
które mog¹ byæ niewystarczaj¹co silne i skuteczne. Czynniki chemotaktyczne
nara¿one s¹ bowiem na dzia³anie enzymów proteolitycznych wydzielanych zarówno
przez leukocyty krwi obwodowej, jak i makrofagi tkankowe in situ w miejscach
uszkodzenia. Przyk³adowo, metaloproteinazy trawi¹ce bia³ka macierzy zewn¹trzkomórkowej, wydzielane przez komórki towarzysz¹ce procesom zapalnym powoduj¹
m.in. lokaln¹ degradacjê czynnika chemotaktycznego pochodzenia stromalnego-1, co
w efekcie upoœledza migracjê komórek macierzystych do miejsc uszkodzenia. W
takiej sytuacji zmobilizowane VSELs mog¹ potencjalnie kr¹¿yæ we krwi obwodowej
jako „bezdomna” populacja, a nastêpnie wracaæ do szpiku kostnego lub zasiedlaæ
inne organy. Po trzecie, aby VSELs mog³y w pe³ni wykazaæ swój potencja³
regeneracyjny, ich czynnoœæ musi byæ w pe³ni zaktywowana. Badania nasze wskazuj¹, ¿e VSELs rezyduj¹ce w szpiku kostnym w wyniku zmian metylacji genów
wykazuj¹cych piêtno genomowe pozostaj¹ w stadium „uœpienia”. Jak do tej pory,
nie uda³o siê nam jeszcze zidentyfikowaæ kombinacji czynników wzrostowych ani
te¿. moleku³ adhezyjnych, pozwalaj¹cych na efektywne namna¿anie VSELs in vitro
bez udzia³u innych komórek (np. C2C12, OP-9, fibroblastów szpikowych).
PODSUMOWANIE
Wyniki badañ uzyskane w naszym laboratorium wskazuj¹, ¿e VSELs mog¹
stanowiæ populacjê komórek alternatywn¹ dla zarodkowych komórek macierzystych.
W czasie, kiedy trwa etyczno-religijna debata nad pozyskiwaniem i zastosowaniem
komórek embrionalnych w praktyce klinicznej, istnieje uzasadniona potrzeba oceny
przydatnoœci VSELs jako alternatywnego Ÿród³a PKM w medycynie regeneracyjnej.
Musimy wiêc jak najszybciej znaleŸæ odpowiedŸ na pytanie, czy VSELs izolowane
z tkanek doros³ych organizmów mog¹ spe³niæ te oczekiwania i byæ efektywnie
zastosowane w klinice. Nadchodz¹ce lata przynios¹ odpowiedŸ na to pytanie.
PIŒMIENNICTWO
[1] ALIOTTA JM, SANCHEZ-GUIJO FM, DOONER GJ, et al. Alteration of marrow cell gene expression,
protein production, and engraftment into lung by lung-derived microvesicles: a novel mechanism for
phenotype modulation. Stem Cells 2000; 25(9): 2245–2256.
[2] ALVAREZ-DOLADO M, PARDAL R, GARCIA-VERDUGO JM et al. Fusion of bone-marrow-derived
cells with Purkinje neurons, cardiomyocytes and hepatocytes. Nature 2003; 425(6961): 968–973.
VSELs – OBECNY STAN BADAÑ
83
[3] ANJOS-AFONSO F, BONNET D. Nonhematopoietic/endothelial SSEA-1+ cells define the most primitive
progenitors in the adult murine bone marrow mesenchymal compartment. Blood 2007; 109(3): 1298–
1306.
[4] ASAHARA T, MASUDA H, TAKAHASHI T, et al. Bone marrow origin of endothelial progenitor cells
responsible for postnatal vasculogenesis in physiological and pathological neovascularization. Circ Res
1999; 85(3): 221–228.
[5] ASAHARA T, MUROHARA T, SULLIVAN A et al. Isolation of putative progenitor endothelial cells for
angiogenesis. Science 1997; 275(5302): 964–967.
[6] BALSAM LB, WAGERS AJ, CHRISTENSEN JL, KOFIDIS T, WEISSMAN IL, ROBBINS RC. Haematopoietic stem cells adopt mature haematopoietic fates in ischaemic myocardium. Nature 2004; 428(6983):
668–673.
[7] BRAZELTON TR, ROSSI FM, KESHET GI, BLAU HM. From marrow to brain: expression of neuronal
phenotypes in adult mice. Science 2000; 290(5497): 1775–1779.
[8] BUCALA R, SPIEGEL LA, CHESNEY J, HOGAN M, CERAMI A. Circulating fibrocytes define a new
leukocyte subpopulation that mediates tissue repair. Mol Med 1994; 1(1): 71–81.
[9] BUNTING KD, HAWLEY RG. Integrative molecular and developmental biology of adult stem cells. Biol
Cell 2003; 95(9): 563–578.
[10] CAMPAGNOLI C, ROBERTS IA, KUMAR S, BENNETT PR, BELLANTUONO I, FISK NM. Identification of mesenchymal stem/progenitor cells in human first-trimester fetal blood, liver, and bone
marrow. Blood 2001; 98(8): 2396–2402.
[11] CASTRO RF, JACKSON KA, GOODELL MA, ROBERTSON CS, LIU H, SHINE HD. Failure of bone
marrow cells to transdifferentiate into neural cells in vivo. Science 2002; 297(5585): 1299.
[12] CERADINI DJ, KULKARNI AR, CALLAGHAN MJ et al. Progenitor cell trafficking is regulated by
hypoxic gradients through HIF-1 induction of SDF-1. Nat Med 2004; 10(8): 858–864.
[13] CERNY J, QUESENBERRY PJ. Chromatin remodeling and stem cell theory of relativity. J Cell Physiol
2004; 201(1): 1–16.
[14] CHERIAN P, HANKEY GJ, EIKELBOOM JW, et al. Endothelial and platelet activation in acute
ischemic stroke and its etiological subtypes. Stroke 2003; 34(9): 2132–2137.
[15] CORTI S, LOCATELLI F, PAPADIMITRIOU D, STRAZZER S, COMI GP. Somatic stem cell research
for neural repair: current evidence and emerging perspectives. J Cell Mol Med 2004; 8(3): 329–337.
[16] D'IPPOLITO G, DIABIRA S, HOWARD GA, MENEI P, ROOS BA, SCHILLER PC. Marrow-isolated
adult multilineage inducible (MIAMI) cells, a unique population of postnatal young and old human cells
with extensive expansion and differentiation potential. J Cell Sci 2004; 117(Pt 14): 2971–2981.
[17] DANNER S, KAJAHN J, GEISMANN C, KLINK E, KRUSE C. Derivation of oocyte-like cells from a
clonal pancreatic stem cell line. Mol Hum Reprod 2007; 13(1): 11–20.
[18] DAWN B, TIVARI S, KUCIA MJ, ZUBA-SURMA EK, GUO Y, SANGALMANATH SK, ABDEL-LATIF
A, HUNT G, VINCENT RJ, TAHER H, REED NJ, RATAJCZAK MZ, BOLLI R. Transplantation of
Bone Marrow-Derived Very Small Embryonic-like Stem Cells (Vsels) Attenuates Left Ventricular Dysfunction and Remodeling after Myocardial Infarction. Stem Cells 2008; 26, 1646–1655.
[19] DE COPPI P, BARTSCH G, JR., SIDDIQUI MM, et al. Isolation of amniotic stem cell lines with potential
for therapy. Nat Biotechnol 2007; 25(1): 100–106.
[20] DE FELICI M, MCLAREN A. In vitro culture of mouse primordial germ cells. Exp Cell Res 1983; 144(2):
417–427.
[21] DEVINE SM, FLOMENBERG N, VESOLE DH, et al. Rapid mobilization of CD34+ cells following
administration of the CXCR4 antagonist AMD3100 to patients with multiple myeloma and non-Hodgkin's lymphoma. J Clin Oncol 2004; 22(6): 1095–1102.
[22] DEVINE SM, HOFFMAN R. Role of mesenchymal stem cells in hematopoietic stem cell transplantation.
Curr Opin Hematol 2000; 7(6): 358–363.
[23] DEXTER TM, SPOONCER E. Growth and differentiation in the hemopoietic system. Annu Rev Cell
Biol 1987; 3: 423–441.
[24] DOME B, TIMAR J, DOBOS J, et al. Identification and clinical significance of circulating endothelial
progenitor cells in human non-small cell lung cancer. Cancer Res 2006; 66(14): 7341–7347.
[25] DONOVAN PJ. Growth factor regulation of mouse primordial germ cell development. Curr Top Dev Biol
1994; 29: 189–225.
[26] DONOVAN PJ. The germ cell-the mother of all stem cells. Int J Dev Biol 1998; 42(7): 1043–1050.
84
I. KLICH, S. WALAT, J. RATAJCZAK, M. KUCIA, M. Z. RATAJCZAK
[27] DYCE PW, ZHU H, CRAIG J, LI J. Stem cells with multilineage potential derived from porcine skin.
Biochem Biophys Res Commun 2004; 316(3): 651–658.
[28] EGHBALI-FATOURECHI GZ, LAMSAM J, FRASER D, NAGEL D, RIGGS BL, KHOSLA S. Circulating
osteoblast-lineage cells in humans. N Engl J Med 2005; 352(19): 1959–1966.
[29] GUAN K, NAYERNIA K, MAIER LS, et al. Pluripotency of spermatogonial stem cells from adult mouse
testis. Nature 2006; 440(7088): 1199–1203.
[30] HARRIS RG, HERZOG EL, BRUSCIA EM, GROVE JE, VAN ARNAM JS, KRAUSE DS. Lack of a fusion
requirement for development of bone marrow-derived epithelia. Science 2004; 305(5680): 90–93.
[31] HASEGAWA T, KOSAKI A, SHIMIZU K, et al. Amelioration of diabetic peripheral neuropathy by
implantation of hematopoietic mononuclear cells in streptozotocin-induced diabetic rats. Exp Neurol
2006; 199(2): 274–280.
[32] HASHIMOTO N, JIN H, LIU T, CHENSUE SW, PHAN SH. Bone marrow-derived progenitor cells in
pulmonary fibrosis. J Clin Invest 2004; 113(2): 243–252.
[33] HILL WD, HESS DC, MARTIN-STUDDARD A et al. SDF-1 (CXCL12) is upregulated in the ischemic
penumbra following stroke: association with bone marrow cell homing to injury. J Neuropathol Exp
Neurol 2004; 63(1): 84–96.
[34] HITCHON C, WONG K, MA G, REED J, LYTTLE D, EL-GABALAWY H. Hypoxia-induced production
of stromal cell-derived factor 1 (CXCL12) and vascular endothelial growth factor by synovial fibroblasts.
Arthritis Rheum 2002; 46(10): 2587–2597.
[35] HOLDEN C, VOGEL G. Stem cells. Plasticity: time for a reappraisal? Science 2002; 296(5576): 2126–
2129.
[36] HORWITZ EM, LE BLANC K, DOMINICI M, et al. Clarification of the nomenclature for MSC: The
International Society for Cellular Therapy position statement. Cytotherapy 2005; 7(5): 393–395.
[37] HOUCHEN CW, GEORGE RJ, STURMOSKI MA, COHN SM. FGF-2 enhances intestinal stem cell
survival and its expression is induced after radiation injury. Am J Physiol 1999; 276(1 Pt 1): G249–58.
[38] HOUGHTON J, STOICOV C, NOMURA S, et al. Gastric cancer originating from bone marrow-derived
cells. Science 2004; 306(5701): 1568–1571.
[39] ISHIKAWA F, SHIMAZU H, SHULTZ LD, et al. Purified human hematopoietic stem cells contribute to
the generation of cardiomyocytes through cell fusion. Faseb J 2006; 20(7): 950–952.
[40] JACKSON KA, MAJKA SM, WANG H, et al. Regeneration of ischemic cardiac muscle and vascular
endothelium by adult stem cells. J Clin Invest 2001; 107(11): 1395–1402.
[41] JANG YY, SHARKIS SJ. Metamorphosis from bone marrow derived primitive stem cells to functional
liver cells. Cell Cycle 2004 Aug; 3(8): 980–982.
[42] JIANG Y, JAHAGIRDAR BN, REINHARDT RL, et al. Pluripotency of mesenchymal stem cells derived
from adult marrow. Nature 2002; 418(6893): 41–49.
[43] JIN DK, SHIDO K, KOPP HG, et al. Cytokine-mediated deployment of SDF-1 induces revascularization
through recruitment of CXCR4+ hemangiocytes. Nat Med 2006; 12(5): 557–567.
[44] KANATSU-SHINOHARA M, INOUE K, LEE J, et al. Generation of pluripotent stem cells from neonatal
mouse testis. Cell 2004; 119(7): 1001–1012.
[45] KAWAMOTO A, GWON HC, IWAGURO H, et al. Therapeutic potential of ex vivo expanded endothelial
progenitor cells for myocardial ischemia. Circulation 2001; 103(5): 634–637.
[46] KERKIS I, KERKIS A, DOZORTSEV D, et al. Isolation and characterization of a population of immature
dental pulp stem cells expressing OCT-4 and other embryonic stem cell markers. Cells Tissues Organs
2006; 184(3-4): 105–116.
[47] KOSHIZUKA S, OKADA S, OKAWA A, et al. Transplanted hematopoietic stem cells from bone marrow
differentiate into neural lineage cells and promote functional recovery after spinal cord injury in mice.
J Neuropathol Exp Neurol 2004; 63(1): 64–72.
[48] KOSO H, OUCHI Y, TABATA Y, et al. SSEA-1 marks regionally restricted immature subpopulations of
embryonic retinal progenitor cells that are regulated by the Wnt signaling pathway. Dev Biol 2006;
292(1): 265–276.
[49] KRUSE C, KAJAHN J, PETSCHNIK AE, et al. Adult pancreatic stem/progenitor cells spontaneously
differentiate in vitro into multiple cell lineages and form teratoma-like structures. Ann Anat 2006;188(6):
503–517.
[50] KUCIA M, DAWN B, HUNT G, et al. Cells expressing early cardiac markers reside in the bone marrow
and are mobilized into the peripheral blood after myocardial infarction. Circ Res 2004; 95(12): 1191–
1199.
VSELs – OBECNY STAN BADAÑ
85
[51] KUCIA M, HALASA M, WYSOCZYNSKI M, et al. Morphological and molecular characterization of
novel population of CXCR4+ SSEA-4+ Oct-4+ very small embryonic-like cells purified from human cord
blood: preliminary report. Leukemia 2007; 21(2): 297–303.
[52] KUCIA M, RECA R, CAMPBELL FR, et al. A population of very small embryonic-like (VSEL)
CXCR4(+)SSEA-1(+)Oct-4+ stem cells identified in adult bone marrow. Leukemia 2006; 20(5): 857–
869.
[53] KUCIA M, RECA R, JALA VR, DAWN B, RATAJCZAK J, RATAJCZAK MZ. Bone marrow as a home of
heterogenous populations of nonhematopoietic stem cells. Leukemia 2005; 19(7): 1118–1127.
[54] KUCIA M, WOJAKOWSKI W, RECA R, et al. The migration of bone marrow-derived non-hematopoietic tissue-committed stem cells is regulated in an SDF-1-, HGF-, and LIF-dependent manner. Arch
Immunol Ther Exp 2006; 54(2): 121–135.
[55] KUCIA M, WU W, RATAJCZAK MZ. Bone marrow-derived very small embryonic-like stem cells: their
developmental origin and biological significance. Dev Dyn 2007; 236(12): 3309–3320.
[56] KUCIA M, ZHANG YP, RECA R, et al. Cells enriched in markers of neural tissue-committed stem cells
reside in the bone marrow and are mobilized into the peripheral blood following stroke. Leukemia 2006;
20(1):18–28.
[57] KUZNETSOV SA, MANKANI MH, GRONTHOS S, SATOMURA K, BIANCO P, ROBEY PG. Circulating skeletal stem cells. J Cell Biol 2001; 153(5): 1133–1340.
[58] LAGASSE E, CONNORS H, AL-DHALIMY M, et al. Purified hematopoietic stem cells can differentiate
into hepatocytes in vivo. Nat Med 2000; 6(11): 1229–1234.
[59] LEE J, INOUE K, ONO R, et al. Erasing genomic imprinting memory in mouse clone embryos produced
from day 11.5 primordial germ cells. Development (Cambridge, England) 2002; 129(8): 1807–1817.
[60] LEMOLI RM, CATANI L, TALARICO S, et al. Mobilization of bone marrow-derived hematopoietic and
endothelial stem cells after orthotopic liver transplantation and liver resection. Stem Cells 2006; 24(12):
2817–2825.
[61] LI HC, STOICOV C, ROGERS AB, HOUGHTON J. Stem cells and cancer: evidence for bone marrow stem
cells in epithelial cancers. World J Gastroenterol 2006; 12(3): 363–371.
[62] LING TY, KUO MD, LI CL, et al. Identification of pulmonary Oct-4+ stem/progenitor cells and
demonstration of their susceptibility to SARS coronavirus (SARS-CoV) infection in vitro. Proc Natl Acad
Sci USA 2006; 103(25): 9530–9535.
[63] LIU C, CHEN Z, CHEN Z, ZHANG T, LU Y. Multiple tumor types may originate from bone marrowderived cells. Neoplasia New York, NY 2006; 8(9): 716–724.
[64] LIU Y, GAO L, ZUBA-SURMA EK, PENG X, KUCIA M, RATAJCZAK MZ, WANG W, ENZMAN V,
KAPLAN HJ, DEAN DC. Identification of small Sca1(+), Lin(-), CD45(-) multipotential cell in the
neonatal murine retina. Exp Hematol 2009; 37: 1096–1107.
[65] LONG MA, CORBEL SY, ROSSI FM. Circulating myogenic progenitors and muscle repair. Semin Cell
Dev Biol 2005; 16(4–5): 632–640.
[66] MACCHIARINI P, OSTERTAG H. Uncommon primary mediastinal tumours. Lancet Oncol 2004; 5(2):
107–118.
[67] MANN JR. Imprinting in the germ line. Stem Cells 2001;19(4): 287–294.
[68] MATSUI Y, ZSEBO K, HOGAN BL. Derivation of pluripotential embryonic stem cells from murine
primordial germ cells in culture. Cell 1992;70(5): 841–847.
[69] MCLAREN A. Primordial germ cells in the mouse. Dev Biol 2003; 262(1): 1–15.
[70] MCLAREN A, LAWSON KA. How is the mouse germ-cell lineage established? Differentiation 2005 Dec;
73(9–10): 435–437.
[71] MENDEZ-FERRERS PS, LULIK A, et al. ES-like cells in the adult murine heart. Fourth ISSCR Annual
Meeting 2006 [conference proceedings].
[72] MEZEY E, CHANDROSS KJ, HARTA G, MAKI RA, MCKERCHER SR. Turning blood into brain: cells
bearing neuronal antigens generated in vivo from bone marrow. Science 2000; 290(5497): 1779–1782.
[73] MIENO S, RAMLAWI B, BOODHWANI M, et al. Role of stromal-derived factor-1alpha in the induction
of circulating CD34+CXCR4+ progenitor cells after cardiac surgery. Circulation 2006; 114(1 Suppl):
I186–1192.
[74] MOREL O, TOTI F, HUGEL B, FREYSSINET JM. Cellular microparticles: a disseminated storage pool
of bioactive vascular effectors. Curr Opin Hematol 2004; 11(3): 156–164.
[75] MORSHEAD CM, BENVENISTE P, ISCOVE NN, VAN DER KOOY D. Hematopoietic competence is a
rare property of neural stem cells that may depend on genetic and epigenetic alterations. Nat Med 2002;
8(3): 268–273.
86
I. KLICH, S. WALAT, J. RATAJCZAK, M. KUCIA, M. Z. RATAJCZAK
[76] MURRY CE, SOONPAA MH, REINECKE H, et al. Haematopoietic stem cells do not transdifferentiate
into cardiac myocytes in myocardial infarcts. Nature 2004; 428(6983): 664–668.
[77] OOSTERHUIS JW, LOOIJENGA LH. Testicular germ-cell tumours in a broader perspective. Nat Rev
Cancer 2005; 5(3): 210–222.
[78] ORKIN SH, ZON LI. Hematopoiesis and stem cells: plasticity versus developmental heterogeneity. Nat
Immunol 2002; 3(4): 323–328.
[79] ORLIC D, KAJSTURA J, CHIMENTI S, et al. Bone marrow cells regenerate infarcted myocardium.
Nature 2001; 410(6829):701–705.
[80] PALERMO AT, LABARGE MA, DOYONNAS R, POMERANTZ J, BLAU HM. Bone marrow contribution to skeletal muscle: a physiological response to stress. Dev Biol 2005; 279(2): 336–344.
[81] PALLANTE BA, DUIGNAN I, OKIN D, et al. Bone marrow Oct3/4+ cells differentiate into cardiac
myocytes via age-dependent paracrine mechanisms. Circ Res 2007; 100(1): e1–11.
[82] PETIT I, SZYPER-KRAVITZ M, NAGLER A, et al. G-CSF induces stem cell mobilization by decreasing
bone marrow SDF-1 and up-regulating CXCR4. Nat Immunol 2002; 3(7): 687–694.
[83] PHILLIPS RJ, BURDICK MD, HONG K, et al. Circulating fibrocytes traffic to the lungs in response to
CXCL12 and mediate fibrosis. J Clin Invest 2004 Aug; 114(3): 438–446.
[84] PITTENGER MF, MACKAY AM, BECK SC, et al. Multilineage potential of adult human mesenchymal
stem cells. Science 1999; 284(5411): 143–147.
[85] PONOMARYOV T, PELED A, PETIT I, et al. Induction of the chemokine stromal-derived factor-1
following DNA damage improves human stem cell function. J Clin Invest 2000; 106(11): 1331–1339.
[86] QUESENBERRY PJ, DOONER G, DOONER M, COLVIN G. The stem cell continuum: considerations on
the heterogeneity and plasticity of marrow stem cells. Stem Cell Rev 2005; 1(1): 29–36.
[87] RAFII S, LYDEN D. Therapeutic stem and progenitor cell transplantation for organ vascularization and
regeneration. Nat Med 2003; 9(6): 702–712.
[88] RATAJCZAK J, MIEKUS K, KUCIA M, et al. Embryonic stem cell-derived microvesicles reprogram
hematopoietic progenitors: evidence for horizontal transfer of mRNA and protein delivery. Leukemia
2006; 20(5): 847–856.
[89] RATAJCZAK J, WYSOCZYNSKI M, HAYEK F, JANOWSKA-WIECZOREK A, RATAJCZAK MZ.
Membrane-derived microvesicles: important and underappreciated mediators of cell-to-cell communication. Leukemia 2006; 20(9): 1487–1495.
[90] RATAJCZAK MZ, KUCIA M, RECA R, MAJKA M, JANOWSKA-WIECZOREK A, RATAJCZAK J.
Stem cell plasticity revisited: CXCR4-positive cells expressing mRNA for early muscle, liver and neural
cells 'hide out' in the bone marrow. Leukemia 2004; 18(1): 29–40.
[91] RATAJCZAK MZ, MACHALINSKI B, WOJAKOWSKI W, RATAJCZAK J, KUCIA M. A hypothesis for
an embryonic origin of pluripotent Oct-4(+) stem cells in adult bone marrow and other tissues. Leukemia
2007; 21(5): 860–867.
[92] RATAJCZAK MZ, ZUBA-SURMA EK, MACHALINSKI B, RATAJCZAK J, KUCIA M. Very small
embryonic-like (VSEL) stem cells: purification from adult organs, characterization, and biological significance. Stem Cell Rev 2008; 4(2): 89–99.
[93] RESNICK JL, ORTIZ M, KELLER JR, DONOVAN PJ. Role of fibroblast growth factors and their
receptors in mouse primordial germ cell growth. Biol Reprod 1998; 59(5): 1224–1229.
[94] REYA T, MORRISON SJ, CLARKE MF, WEISSMAN IL. Stem cells, cancer, and cancer stem cells. Nature
2001; 414(6859): 105–111.
[95] SCHIOPPA T, URANCHIMEG B, SACCANI A, et al. Regulation of the chemokine receptor CXCR4 by
hypoxia. J Exp Med 2003; 198(9): 1391–402.
[96] SELL S. Stem cell origin of cancer and differentiation therapy. Crit Rev Oncol Hematol 2004; 51(1): 1–
28.
[97] SHI Q, RAFII S, WU MH, et al. Evidence for circulating bone marrow-derived endothelial cells. Blood
1998; 92(2): 362–367.
[98] SHINTANI S, MUROHARA T, IKEDA H, et al. Mobilization of endothelial progenitor cells in patients
with acute myocardial infarction. Circulation 2001; 103(23): 2776–2779.
[99] SHYU WC, LIN SZ, YANG HI, et al. Functional recovery of stroke rats induced by granulocyte colonystimulating factor-stimulated stem cells. Circulation 2004; 110(13): 1847–1854.
[100]SONG YS, RYU YH, CHOI SR, KIM JC. The involvement of adult stem cells originated from bone
marrow in the pathogenesis of pterygia. Yonsei Med J 2005; 46(5): 687–692.
VSELs – OBECNY STAN BADAÑ
87
[101] TACCHINI L, MATTEUCCI E, DE PONTI C, DESIDERIO MA. Hepatocyte growth factor signaling
regulates transactivation of genes belonging to the plasminogen activation system via hypoxia inducible
factor-1. Exp Cell Res 2003; 290(2): 391–401.
[102] TAKAHASHI K, YAMANAKA S. Induction of pluripotent stem cells from mouse embryonic and adult
fibroblast cultures by defined factors. Cell 2006; 126(4): 663–676.
[103] TAKAHASHI T, KALKA C, MASUDA H, et al. Ischemia- and cytokine-induced mobilization of bone
marrow-derived endothelial progenitor cells for neovascularization. Nat Med 1999; 5(4): 434–438.
[104] TERADA N, HAMAZAKI T, OKA M, et al. Bone marrow cells adopt the phenotype of other cells by
spontaneous cell fusion. Nature 2002; 416(6880): 542–545.
[105] TOGEL F, ISAAC J, HU Z, WEISS K, WESTENFELDER C. Renal SDF-1 signals mobilization and
homing of CXCR4-positive cells to the kidney after ischemic injury. Kidney Int 2005; 67(5): 1772–
1784.
[106] TOLAR J, NAUTA AJ, OSBORN MJ, et al. Sarcoma derived from cultured mesenchymal stem cells.
Stem Cells 2007; 25(2): 371–379.
[107] VANWIJK MJ, VANBAVEL E, STURK A, NIEUWLAND R. Microparticles in cardiovascular diseases.
Cardiovasc Res 2003; 59: 277–287.
[108] WAGERS AJ, SHERWOOD RI, CHRISTENSEN JL, WEISSMAN IL. Little evidence for developmental
plasticity of adult hematopoietic stem cells. Science 2002; 297(5590): 2256–2259.
[109] WANG X, WILLENBRING H, AKKARI Y, et al. Cell fusion is the principal source of bone-marrowderived hepatocytes. Nature 2003; 422(6934): 897–901.
[110] WERNIG M, MEISSNER A, FOREMAN R, et al. In vitro reprogramming of fibroblasts into a pluripotent ES-cell-like state. Nature 2007; 448(7151): 318–324.
[111] WOJAKOWSKI W, TENDERA M, MICHALOWSKA A, et al. Mobilization of CD34/CXCR4+, CD34/
CD117+, c-met+ stem cells, and mononuclear cells expressing early cardiac, muscle, and endothelial
markers into peripheral blood in patients with acute myocardial infarction. Circulation 2004; 110(20):
3213–3220.
[112] WU G, MANNAM AP, WU J, et al. Hypoxia induces myocyte-dependent COX-2 regulation in endothelial cells: role of VEGF. Am J Physiol Heart Circ Physiol 2003; 285(6): H2420–429.
[113] WURMSER AE, NAKASHIMA K, SUMMERS RG, et al. Cell fusion-independent differentiation of
neural stem cells to the endothelial lineage. Nature 2004; 430(6997): 350–356.
[114] YAMAZAKI Y, MANN MR, LEE SS, et al. Reprogramming of primordial germ cells begins before
migration into the genital ridge, making these cells inadequate donors for reproductive cloning. Proc Natl
Acad Sci USA 2003; 100(21): 12207–12212.
[115] YING QL, NICHOLS J, EVANS EP, SMITH AG. Changing potency by spontaneous fusion. Nature 2002;
416(6880): 545–548.
[116] ZHANG H, VUTSKITS L, PEPPER MS, KISS JZ. VEGF is a chemoattractant for FGF-2-stimulated
neural progenitors. J Cell Biol 2003; 163(6): 1375–1384.
[117] ZHAO LR, DUAN WM, REYES M, KEENE CD, VERFAILLIE CM, LOW WC. Human bone marrow
stem cells exhibit neural phenotypes and ameliorate neurological deficits after grafting into the ischemic
brain of rats. Exp Neurol 2002; 174(1): 11–20.
[118] ZWAKA TP, THOMSON JA. A germ cell origin of embryonic stem cells? Development 2005; 132(2):
227–233.
Dr Stanis³awa Walat
Zak³ad Fizjologii Katedry Fizjopatologii Pomorskiej Akademii Medycznej,
70-111 Szczecin, ul Powst. Wlkp. 72.
e-mail: [email protected];