Azonosító szám: TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011
ŐSSEJT-TÍPUSOK, FENNTARTÁSUK ÉS HOMEOSZTÁZISUK
Az orvosi biotechnológiai mesterképzés megfeleltetése az Európai Unió új társadalmi kihívásainak
a Pécsi Tudományegyetemen és a Debreceni Egyetemen
Azonosító szám: TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011
Dr. Balogh Péter és Dr. Engelmann Péter
Transzdifferenciáció és regeneratív medicina – 2.
előadás
különböző eredet és differenciálódási spektrumok
ES:
• Embrionális őssejtek a ICM régióból (inner cell mass)
• Primordiális csírasejtek (PGCs) → embrionális csírasejtek (EG) iPS: Nem-embrionális testi sejtek, melyeket specifikus kulcs-
transzkriciós faktorral történő transzfektálással állítottak elő Oct4, Sox2, c-myc, Klf4
MSC: Csontvelő, zsírszövet, köldökvér, amnionfolyadék,
placenta,fog-pulpa, inak, szinoviális hártya, vázizom környezetben előforduló mezenhimális őssejtek, melyek képesek az ön-
megújításra és különböző irányú in vitro differenciálódásra
mezenhimális sejtekké: oszteoblasztok, kondrociták, adipociták és mioblasztok.
TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011
Embrionális őssejt-források (ES)
Morula Korai
blasztociszta Inner cell mass
(ICM)
Késői blasztociszta
Epiblaszt
Korai cilinder stádium
Primitív
ektoderma Csírasejt-vonal
Trofektoderma Blasztociszta üreg
Primitív endoderma
Fali endoderma
Zsigeri endoderma
Extraembrionális ektoderma
Testi sejt irányok Ektoderma Mezoderma Endoderma
Proamnion üreg
Oct3/4
Cdx2
Gata6 Nanog
Az egér embrió őssejt-forrásai
• Preimplantációs embrió: inner cell mass (ICM) a blasztocisztában (korai blasztociszta állapot).
• Késői blasztociszta: epiblaszt képződése
• Posztimplantációs embrió: korlátozott
pluripotenciájú primitív ektoderma képződése → az embrió csírasejt- és szomatikus sejtvonalai.
TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011
Az ES sejtek jellemzői
• Pre/periimplantációs embrionális eredet
• Tartós proliferációs képesség differenciálódás nélkül,
• Mindhárom csíralemez és csírasejtek képzése tartós in vitro fenntartás után
• EC sejtek: teratocarcinoma-eredetű pluripotens embrionális carcinoma sejtek, melyek mindkét csíralemez sejtjeit képezhetik
Porc
(mezoderma)
Bél-mirigyek (endoderma)
Epidermisz (ektoderma)
Az ES sejtek membrán-markerei
Sia Gal Glc
Man GlcNAc
GlcA IdoA
Fuc Xyl GalNAc Tra 1-60 (KSPG)
NG2 és 473HD (CSPG)
Lewis X
PSA-NCAM
CD34
SSEA-3 SSEA-4
TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011
Az ES sejtekre jellemző glikoantigének szerkezete
• SSEA-3 és SSEA-4: 5–6 monoszacharid, melyek ceramid lipid farokhoz kapcsolódnak; GL-5 és GL-7 glikoszfingolipideket alkotnak, expressziójuk
csökken a differenciálódás során.
• A TRA (tumor rejection antigens) TRA-1–60 és TRA-1–81 keratán szulfatált proteoglikán (KSPG) epitópok, melyek valószínűleg a CD34-hez hasonló szerkezetű, sziálsavban gazdag podokalixinhez
kapcsolódnak.
Az ES-sejtekre jellemző CD antigének
• CD34: Hemopoetikus/endoteliális közös antigén, mely hemopoetikus őssejteken is kifejeződik.
• CD133: Elsősorban neurális őssejten kifejeződő, 5 transzmembrán régióval rendelkező glikoprotein
TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011
Az őssejtek fő szabályzó
folyamatai – külső és belső hatások
Külső:
Mátrix fehérjékkel, szolubilis faktorokkal és az őssejt-fészkekben lévő más sejtekkel való
kölcsönhatás során fellépő szignálok révén.
Belső:
A pluripotenciát vagy differenciálódást
szabályzó transzkripciós faktorok hálózata.
Különböző szervek őssejt-fészkei
Germarium of the ovary
Terminal filament
Cap cell
Cystoblast BL
GSC
Inner sheath cell SSC
16-cell cyst
Follicle cells
Egg chamber
The apex of the testis
Hub cells
BL GSC SSC
Spermatogonia
The subventricular zone (SVZ) of the brain
Neuroblast Astrocyte
Lateral ventricle BV
BL
Transit- amplifying Ependymal cells
The bone marrow
Bone marrow
Osteoblast Stromal cell
Multipotent SC HSC
Lymphoid Myeloid
The crypt of an intestinal villus
Enteroendocrine cells
Villus Goblet cells
Crypt
BL
Transit amplifying Stem cells
Paneth cells
The bulge of the hair follicle
Hair shaft
BL
Hair bulb Matrix
Dermal papilla Muscle
Sebaceous gland
Bulge SC
Meiosis Spermatocytes Gonialblast
Cyst cell
TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011
Őssejt-mikrokörnyezet – az őssejt- fészkek egyes példái
• A petefészek germarium régiója, vagy a here apikális része (csíravonal-őssejt és testi őssejt)
• Az agy szubvenrikuláris zónája (idegi őssejt)
• Szőrtüsző-hagyma (hám-őssejt)
• Bélfodrok kripta-része (endodermális őssejt)
• Csontvelő (vérképző őssejt)
transzkripcionális kölcsönhatások
ESC regulátorok Oct4 Nanog Tbx3
Wnt jelátvitel
Tcf3 Tle1 Fzd5
Epigenetikai regulátorok Jarid2 Phc1 N-myc
RNA-kötő protein
Dppa5
Telomér- asszociált
Rif1
Tumor szuppresszor
Trp53bp1 Oct4
Nanog Tcf3
Pluripotencia Differenciáció
Oct4 Nanog
Tcf3
Oct4 Oct4
Sox2 Sall4
GCNF LRH1
TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011
A differenciálódást és a pluripotenciát fenntartó antagonista szabályzó körök
• ESC/iPS szabályozás – transzkripciós faktor-hierarchia
• Wnt szignálok
• Epigenetikai szabályozás
• RNS kötés
• Telomérhez kapcsolódó effektor hatások
• Tumor szuppresszió
• Sejt-ciklus szabályozás
szabályozása
Egyéb faktorok Oct4
Sox2 Nanog
mRNS
AAAAA AAAAA
mRNS alternatív hasítás
AAAAA AAAAA
Intergenikus mRNS hasítás
AAAAA
AAAAA siRNS-ek?
Más RNS-ek?
miRNS
Intergenikus transzkriptum
Antiszensz transzkriptum
TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011
Az ön-megújítás és
differenciálódás transzkripcionális szabályozása
• Oct3/4, Nanog, Sox2, Stat3: proliferáció fenntartása
• Cdx2: Oct3/4 gátlása
indukció iPS sejtekben
Célgének
Epigenetikai módosítók Transzkripciós faktorok Sox2
Oct3/4 Klf4
c-Myc
TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011
Újraprogramozás: Differenciált sejtek sejtvonal-váltása
• B-sejtek makrofággá való átalakulása –C/EBPa szerepe
• Fibroblasztok neuronális elköteleződése – Ascl1, Brn2 és Mytl1
sorrend
Ektoderma Mezoderma
Endoderma
Pluripotens sejt Pluripotens sejt
Ektoderma progenitor
Neuronális progenitor
Érett neuron
Pluripotens sejt
TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011
A differenciálódáshoz való elköteleződés és a visszafordíthatóság kapcsolata
A differenciálódás során
• Az elköteleződés erősödik, miközben a sejtvonalak KÖZÖTTI transzdifferenciálódás és a pluripotencia csökken;
• A sejtvonalon BELÜLI specifikáció elősegítéséhez folyamatos stimulusokra van szükség.
Visszafordítás: Az IPS-hez kapcsolódó többirányú
differenciálódás során a pleiotropia-indukció küszöb CSÖKKEN, míg a differenciációs szignálküszöb NŐ.
Összefoglalás
• Eredetüktől és fejlődési spektrumuktól függően az
őssejtek nagymértékben heterogének, és homeosztázisukat (a) különböző szinten és módon történő szabályozás alatt álló gén-expressziós programozásuk és (b) az őssejt-
fészekben megjelenő külső faktorok határozzák meg,
melyekben citokinek, ECM proteinek, adhéziós molekulák nyújtanak szignálokat.
• Az őssejt-elköteleződés és differenciáció nem irreverzibilisek, így differenciálódott sejt megfelelő módosítások révén visszanyerheti pluripotenciáját.
