Az orvosi biotechnológiai mesterképzés megfeleltetéseaz Európai Unió új társadalmi kihívásainaka Pécsi Tudományegyetemen és a Debreceni EgyetemenAzonosító szám: TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011

ŐSSEJT-TÍPUSOK, FENNTARTÁSUK ÉS HOMEOSZTÁZISUK

Az orvosi biotechnológiai mesterképzés megfeleltetéseaz Európai Unió új társadalmi kihívásainaka Pécsi Tudományegyetemen és a Debreceni EgyetemenAzonosító szám: TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011

Dr. Balogh Péter és Dr. Engelmann PéterTranszdifferenciáció és regeneratív medicina – 2. előadás

TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011Őssejtek forrásai és típusai: különböző eredet és differenciálódási spektrumokES: • 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 Koraiblasztociszta

Inner cell mass(ICM)

Későiblasztociszta

Epiblaszt

Korai cilinderstádium

Primitívektoderma Csírasejt-vonal

Trofektoderma

Blasztociszta üreg

Primitívendoderma

Faliendoderma

Zsigeriendoderma

Extraembrionális ektoderma

Testi sejt irányokEktodermaMezodermaEndoderma

Proamnionüreg

Oct3/4

Cdx2

Gata6

Nanog

TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011

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)

TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011

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-3SSEA-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.

TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011

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-2009-0011Az őssejtek fő szabályzó folyamatai – külső és belső hatásokKülső: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.

TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011

Különböző szervek őssejt-fészkei

Germarium of the ovary

Terminalfilament

Cap cell

Cystoblast

BL

GSC

Inner sheathcell SSC

16-cellcyst

Folliclecells

Eggchamber

The apex of the testis

Hub cells

BLSSCGSC

Spermatogonia

The subventricular zone (SVZ) of the brain

NeuroblastAstrocyte

Lateral ventricle

BV

BL

Transit-amplifying

Ependymal cells

The bone marrow

Bone marrow

Osteoblast

Stromal cell

Multipotent SCHSC

LymphoidMyeloid

The crypt of an intestinal villus

Enteroendocrine cells Villus

Goblet cells

Crypt

BL

Transit amplifyingStem cells

Paneth cells

The bulge of the hair follicleHair shaft

BL

Hairbulb

MatrixDermal papilla

MuscleSebaceou

sglandBulge SC

MeiosisSpermatocytes

GonialblastCyst 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)

TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011Az őssejt-homeosztázisban résztvevő transzkripcionális kölcsönhatások

ESC regulátorok

Oct4 Nanog Tbx3

Wnt jelátvitel

Tcf3 Tle1 Fzd5

Epigenetikai regulátorok

Jarid2 Phc1 N-myc

RNA-kötőprotein

Dppa5

Telomér-asszociált

Rif1

Tumorszuppresszor

Trp53bp1

Oct4Nanog Tcf3

Pluripotencia Differenciáció

Oct4

Nanog

Tcf3

Oct4

Oct4

Sox2Sall4

GCNFLRH1

TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011A 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

TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011

Az őssejt génexpresszió mRNS szabályozása

Egyéb faktorok

Oct4Sox2 Nanog

mRNS

AAAAAAAAAA

mRNS alternatív hasítás

AAAAAAAAAA

Intergenikus mRNS hasítás

AAAAAAAAAA siRNS-ek?

Más RNS-ek?

miRNS

Intergenikus transzkriptum

Antiszensz transzkriptum

TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011Az ön-megújítás és differenciálódás transzkripcionális szabályozása• Oct3/4, Nanog, Sox2, Stat3: proliferáció fenntartása• Cdx2: Oct3/4 gátlása

TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011Újraprogramozás: pluripotencia-indukció iPS sejtekben

Célgének

Epigenetikai módosítók

Transzkripciós faktorokSox2Oct3/4 Klf4

c-Myc

TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011Újraprogramozás: Differenciált sejtek sejtvonal-váltása• B-sejtek makrofággá való átalakulása

–C/EBPa szerepe • Fibroblasztok neuronális elköteleződése –

Ascl1, Brn2 és Mytl1

TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011

A pluripotencia kialakítása és érési sorrend

EktodermaMezodermaEndodermaPluripotens sejt

Pluripotens sejt

Ektodermaprogenitor

Neuronálisprogenitor

Érett neuron

Pluripotens sejt

TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011A differenciálódáshoz való elköteleződés és a visszafordíthatóság kapcsolataA 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.

TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011

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.