Органами кроветворения являются: Кроветворные органы — это… Что такое Кроветворные органы?

Содержание

Страница не найдена — Саянский медицинский колледж

Я, субъект персональных данных, в соответствии с Федеральным законом от 27 июля 2006 года № 152 «О персональных данных» предоставляю ОГБПОУ «Саянский медицинский колледж» (далее — Оператор), расположенному по адресу Иркутская обл., г.Саянск, м/он Южный, 120, согласие на обработку персональных данных, указанных мной в форме веб-чата, обратной связи на сайте в сети «Интернет», владельцем которого является Оператор.

  1. Состав предоставляемых мной персональных данных является следующим: Имя, адрес электронной почты.
  2. Целями обработки моих персональных данных являются: обеспечение обмена короткими текстовыми сообщениями в режиме онлайн-диалога или обмена текстовыми сообщениями через электронную почту.
  3. Согласие предоставляется на совершение следующих действий (операций) с указанными в настоящем согласии персональными данными: сбор, систематизацию, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), использование, передачу (предоставление, доступ), блокирование, удаление, уничтожение, осуществляемых как с использованием средств автоматизации (автоматизированная обработка), так и без использования таких средств (неавтоматизированная обработка).
  4. Я понимаю и соглашаюсь с тем, что предоставление Оператору какой-либо информации о себе, не являющейся контактной и не относящейся к целям настоящего согласия, а равно предоставление информации, относящейся к государственной, банковской и/или коммерческой тайне, информации о расовой и/или национальной принадлежности, политических взглядах, религиозных или философских убеждениях, состоянии здоровья, интимной жизни запрещено.
  5. В случае принятия мной решения о предоставлении Оператору какой-либо информации (каких-либо данных), я обязуюсь предоставлять исключительно достоверную и актуальную информацию и не вправе вводить Оператора в заблуждение в отношении своей личности, сообщать ложную или недостоверную информацию о себе.
  6. Я понимаю и соглашаюсь с тем, что Оператор не проверяет достоверность персональных данных, предоставляемых мной, и не имеет возможности оценивать мою дееспособность и исходит из того, что я предоставляю достоверные персональные данные и поддерживаю такие данные в актуальном состоянии.
  7. Согласие действует по достижении целей обработки или в случае утраты необходимости в достижении этих целей, если иное не предусмотрено федеральным законом.
  8. Согласие может быть отозвано мною в любое время на основании моего письменного заявления.

Органы кроветворения и иммунной системы Organa haemopoetica et

Органы кроветворения и иммунной системы Organa haemopoetica et immunopoetica

Органы кроветворения и иммунной системы — organa haemopoetica et immunopoetica — тесно связаны между собой общностью происхождения, строения и функции.

v Родоначальником всех видов клеток крови и иммунной системы являются полипотентные стволовые клетки, которые обладают способностью многократно делиться. В красном костном мозге из этих клеток образуются клеткипредшественники, из которых путём деления и дифференцировки в конечном счёте образуются клетки крови: эритроциты, лейкоциты и тромбоциты. Из стволовых клеток так же развиваются лимфоциты (клетки иммунной системы).

v Характерным морфологическим признаком этих органов является наличие гемопоэтических тканей (миелоидной и лимфоидной), в которых происходит образование, соответственно, клеток крови и лимфоцитов. Миелоидная ткань образует паренхиму красного костного мозга, а лимфоидная – органов иммунной системы.

Иммунная система «такая же самостоятельная система, как, например, пищеварительная, сердечно-сосудистая, нервная… У неё три особенности: она генерализована (распространена) по всему телу, её клетки постоянно циркулируют и она обладает уникальной особенностью вырабатывать специфические молекулы антител в отношении каждого агента» (академик Р. В. Петров)

Органы иммунной системы по функциональному принципу подразделяют на центральные и периферические. К центральным органам иммунной системы относятся: красный костный мозг, тимус и клоакальную сумку (у птиц). В красном костном мозге образуются лимфоидные стволовые клетки, которые в тимусе дифференцируются в Т-лимфоциты, а в клоакальной сумке ( у млекопитающих — в красном костном мозге) — в В-лимфоциты. С током крови и лимфы обе эти популяции лимфоцитов поступают в периферические органы иммунной системы, где возникает иммунный ответ после антигенного воздействия.

Центральные органы Тимус

Общие принципы структурной организации иммунной системы I. Органы иммунной системы представляют собой анатомически рассеянную, но стратегически распределённую защитную сеть: центральные – располагаются в хорошо защищённых местах (красный костный мозг, тимус), а периферические – на границе организма с внешней средой (железа третьего века, миндалины) и на путях циркуляции крови (селезёнка) и лимфы (лимфатические узлы).

II. III. Среди органов иммунной системы имеются «смешанные структуры» , где регистрируется как лимфо-, так миелопоэз (красный костный мозг, селезёнка), что свидетельствует о становлении иммунной системы на основе системы кроветворения. Основой паренхимы органов иммунопоэза являются лимфоидные образования, которые в центральных органах дифференцируются на корковую и мозговую зоны, а в периферических – на диффузные скопления и лимфоидные узелки. Лимфоидные образования представлены ретикулярной тканью, в петлях которой располагаются клетки лимфоидного ряда.

IV. К моменту рождения у птиц и млекопитающих в основном сформированы только центральные органы иммунопоэза, что же касается периферических, то они начинают активно формироваться после рождения. Для органов иммунопоэза характерна ранняя возрастная инволюция, т. е. обратное развитие, которое начинается в период полового созревания организма и проявляется в замещении лимфоидных образований на жировую и соединительную ткани.

Селезенка – lien -так же, как и красный костный мозг, является одновременно органом гемоцитопоэза и иммунной системы. Исключение составляют только птицы и приматы, у которых селезенка в постнатальный период не участвует в кроветворении. Она является главным источником антител при внутривенном введении антигена и играет роль биологического фильтра на пути тока крови из артериального русла в систему воротной вены печени. Селезенка располагается в левом подреберье, под диафрагмой; по форме она напоминает кофейное зерно темно-красного цвета.

Красный костный мозг – medulla ossium rubra — является органом кроветворения и содержит полипотентные стволовые клетки, которые дают начало всем клеткам крови и лимфы. Кроме того, у млекопитающих он выполняет функцию центрального органа иммунной системы, так как в нём дифференцируется популяция В-лимфоцитов.

Красный костный мозг (рис. III) заполняет ячейки между перекладинами губчатого вещества костей черепа, грудины, лопаток, позвоночника, ребер, ключиц, таза и других костей. Основу красного мозга (15) составляет ретикулярная строма, представляющая собой густую сеть клеток, их отростков, а также тонких волокон. В петлях этой сети располагаются так называемые гемопоэтические элементы (16), и , в частности, стволовые кроветворные клетки. Эти клетки являются родоначальниками всех клеток крови: из них формируются красные клетки крови – эритроциты, белые клетки — лейкоциты (гранулоциты, моноциты, лимфоциты) и кровяные пластинки тромбоциты. Стволовые кроветворные клетки являются также источником образования предшественников макрофагов – клеток, осуществляющих в организме санитарные и защитные функции.

Костный мозг пронизан кровеносными сосудами и необычно расширенными – диаметр их достигает 500 микрометров – капиллярами, так называемыми синусоидами. Их стенки имеют пористое, решетчатое строение и легко проницаемы для всех форменных элементов крови. Проникшие в синусоиды красные и белые клетки крови дозревают здесь, и протекающая по сосудам кровь постоянно уносит созревшие клетки сначала в вены костного мозга, а затем в общий кровоток. Помимо красного костного мозга, имеется еще и желтый (17), представляющий собой в основном жировую ткань. Находится желтый костный мозг в костномозговых полостях средних отделов трубчатых костей. С возрастом он постепенно замещает кроветворную ткань красного костного мозга, в результате чего ее способность к гемопоэзу, то есть кроветворению, снижается.

Еще великий врач древности Гален называл селезенку органом, полным тайн. Каких только свойств ей не приписывали! Когда-то полагали, что именно «селезеночные соки» порождают у человека мрачное настроение (помните, каким недугом страдал Евгений Онегин? Его болезнь именовалась сплин, что в переводе с английского означает селезенка). Одно время из-за того, что при продолжительном беге в левом подреберье, там, где расположена селезенка, иногда появлялась спастического боль, считали, будто этот орган мешает… бегать, вообще быстро двигаться. У некоторых скороходов и лакеев селезенку даже порой удаляли, чтобы увеличить их мобильность, подвижность. И совершенно напрасно!

Возникающая (конечно, не у всех и не всегда) во время больших нагрузок боль связана с рефлекторными сокращениями селезенки, которые не мешают, а, напротив, помогают организму приспособиться, адаптироваться к нагрузке. Селезенка – своеобразный резервуар, она способна задерживать в своем депо до 300 мл крови. И в тех случаях, когда в организме возникает физиологическая необходимость в повышенном кровоснабжении органов, тканей, увеличивается их потребность в кислороде, селезенка выбрасывает нужные порции крови в общий кровоток.

А, как известно, любая физическая активность, в том числе быстрая ходьба, бег, сопряжена с повышенным расходом кислорода в организме, так что скороходам, которых лишали этого органа, очевидно, приходилось туго. Селезенка активно отдает накопленную кровь и в аварийных ситуациях, связанных с кровопотерями. Замечено, что после травм или оперативных вмешательств она начинает сокращаться гораздо интенсивнее, чем обычно, выталкивая депонированную кровь в общее кровяное русло. Таким образом, селезенка вносит свою лепту не только в обеспечение тканей организма питательными веществами и кислородом, но и в поддержке артериального

Выбросив порцию крови, селезенка вновь накапливает очередной ее запас. Кровь скапливается в расширенных синусоидных венах, при этом селезенка растягивается, несколько увеличиваясь в размерах. Селезенка не только депонирует кровь, но и подвергает обработке ее клеточные элементы – эритроциты, тромбоциты, лейкоциты. Она как бы сортирует клетки крови, удаляя поврежденные, состарившиеся. Ведь каждой клетке отпущен свой век: эритроциты, например, живут чуть больше ста суток, лейкоциты – в десять раз меньше, а тромбоциты – около 5 суток. Ежесуточно в организме погибают ( и, конечно, замещаются новыми) миллиарды клеток крови, от которых необходимо избавляться. Важнейшая роль в этом принадлежит селезенке, ее даже нередко называют кладбищем эритроцитов. Но если уж прибегать к сравнениям, то правильнее было бы, пожалуй, назвать селезенку пунктом по сортировке, переработке и воссозданию клеток крови.

Разрушение эритроцитов и других клеток крови происходит в ретикуло-эндотелиальной системе органа, образованной клетками красной пульпы и клетками, выстилающими синусы. Среди них стоит выделить клетки-поглотители – макрофаги. Именно в них обнаруживают остатки эритроцитов, лейкоцитов, нередко можно найти в них и бактерии, инородные тела, пигменты, жироподобные вещества. Трудно сказать, специализируются ли макрофаги на поглощении и переработке такого специфического сырья, или же эта их функция универсальна. Не совсем ясно и то, как они распознают дефектные клетки, скажем, эритроциты. Но делают они это безошибочно. При этом отбраковываются и разрушаются не только эритроциты, явно утратившие способность полноценно функционировать, но и обладающие незначительными, скрытыми повреждениями, которые подчас не могут обнаружить даже исследователи, вооруженные современной аппаратурой и совершенными методиками.

Существует мнение, что состояние клетки макрофаг оценивает по ее наружной мембране, которую он как бы щупает. Если эритроцит прилипает к макрофагу ( а такое бывает только с дефектными клетками) – он будет уничтожен. Остальные остаются невредимыми и могут продолжать свою работу по транспортировке кислорода и углекислого газа. Захваченная макрофагом та или иная клетка крови, попав в его протоплазму, подвергается воздействию находящихся здесь ферментов и расщепляется вплоть до молекул, причем наиболее полноценные из них в последующем используются для образования новых клеток. Так непосредственно в селезенке идет «сборка» лимфоцитов и моноцитов – белых клеток крови,

В селезенке может осуществляться и внеклеточное разрушение эритроцитов, без участия макрофагов. Исследования показали, что дефектные эритроциты подвергаются воздействию гемолитических (разрушающих, растворяющих) факторов сразу при входе в пульпу селезенки: они сжимаются, темнеют и в конце концов распадаются. Механизм такого внеклеточного гемолиза до конца не раскрыты. Но достоверно установлено, что застойные явления в селезенке приводят к разрушению не только неполноценных эритроцитов, но и вполне здоровых, создавая тем самым предпосылки для развития анемических состояний. Значит, необходимо, чтобы циркуляция крови в селезенке была достаточно интенсивной. А этому способствует прежде

Как уже говорилось, во время физической работы, отвечая на повышенную потребность организма в кислороде, селезенка освобождается от накопившейся крови и заполняется новой. Кроме того, сокращающиеся мышцы брюшной стенки и диафрагмы как бы проводят прямой массаж селезенки, что способствует усилению кровообращения, улучшает ее функции: депонирующую, кроветворную, гемолизирующую, иммунную… Поистине, нет в организме ни одного органа, который бы не испытывал на себе благотворного влияния физической активности!

Тимус — thymus — зобная, или вилочковая железа является центральным органом иммунной системы, где осуществляются пролиферация и дифференцировки Т -лимфоцитов, а так же секреция биологически активных веществ.

Клоакальная (Фабрициева) сумка- bursa cloacalis — является центральным органом иммунной системы у птиц, в котором из стволовых клеток красного костного мозга созревает и дифференцируется популяция В-лимфоцитов, участвующих в реакциях гуморального иммунитета.

Клоакальная сумка

Железа третьего века (Гардерова) — glandula palpebrae tertae — является периферическим органом иммунной системы птиц и входит в комплекс орбитальных желез глаза. Она располагается в глубине периорбиты на медиальной поверхности глазного яблока. Секрет железы через носослезный проток попадает в носовую полость, а через небноносовой канал- в ротовую полость и обеспечивает у птиц в этих областях местный иммунитет.

Железа третьего века

Миндалины — tonsillae Среди периферических органов иммунной системы миндалины – tonsillae – занимают особое место, так как в совокупности образуют лимфоидное кольцо ( кольцо Пирогова – Вальдейера), расположенное в слизистой оболочке начальной части пищеварительного канала и дыхательных путей. В них происходит пролиферация и додифференцировка Т- и В-лимфоцитов, участвующих в реакциях клеточного и гуморального иммунитета.

Лимфоидные (Пейеровы) бляшки – lymphonoduli aggregati — или групповые лимфоидные узелки кишечника являются периферическими органами, в которых происходит пролиферация и созревание Т- и В- лимфоцитов. Они представляют собой скопления лимфоидных узелков, расположенных в слизистой оболочке основе кишечника.

Лимфоидный дивертикул (Меккеля) – diverticulum lymphaticum — или рудимент желточного мешка представляет собой полостной мешкообразный орган овальной формы. У птиц лимфоидный дивертикул располагается посередине тощей кишки на стороне противоположной прикреплению брыжейки, поэтому его еще называют дивертикул тощей кишки (diverticulum jejuni). Коротким протоком лимфоидный дивертикул так же, как и клоакальная сумка, связан с полость кишечника. Что же касается млекопитающих, то дивертикул Меккеля обнаруживается в последней трети подвздошной кишки, но только у зайцеобразных и человека (2 %).

Аппендикс – appendix vermiformis — червеобразный отросток слепой кишки является периферическим органом иммунной системы у млекопитающих, в котором происходит пролиферация лимфоцитов, участвующих в реакциях иммунитета. Он имеется у приматов, зайцеобразных и некоторых хищных.

Лимфатические сосуды пронизывают практически все органы и ткани организма. Сливаясь, они образуют два крупных лимфатических протока – грудной и правый, которые впадают в безымянные вены шеи. По ходу лимфатических сосудов расположены лимфатические узлы. Особенно много их в подмышечных впадинах, паховых, подколенных и локтевых сгибах, в грудной и брюшной полостях, на шее, в подчелюстной и зачелюстной областях.

Лимфатические узлы – nodi lymohatici — являются наиболее многочисленными органами иммунной системы. Они располагаются на путях следования лимфы и выполняют иммунопоэтическую, барьернофильтрационную и обменные функции, задерживая чужеродные структуры, пылевые частицы, а так же опухолевые клетки.

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. Подчелюстные лимфоузлы –lymphonodi mandibulares Околоушные л. уу. – lnn. Parotidei Медиальные заглоточные л. уу. – lnn. retropharyngei mediales Латеральные заглоточные л. уу. – lnn. retropharyngei laterales Краниальные глубокие шейные л. уу. – lnn. cervicales profundi craniales Средние глубокие шейные л. уу. -lnn. cervicales profundi medii Трахеальный проток – ductus trachealis Каудальные глубокие шейные л. уу. – lnn. cervicales profundi caudales Поверхностные шейные л. уу. – lnn. superficiales Средние средостенные л. уу. – lnn. mediastinales medii Бронхиальные л. уу. – lnn. bronchiales Дорсальные средостенные л. уу. – lnn. mediastinales dorsales Каудальные средостенные л. уу. — lnn. mediastinales caudales Грудной поток – ductus thoracicus Межреберные л. уу. – lnn. intercostales Чревные л. уу. и чревный ствол – lnn. coeliaci et truncus coeliacus Поясничная цистерна – cisterna chyli Краниальные л. брыжеечные узлы и кишечный л. проток – lnn. mesenterici craniales et truncus intestinalis Почечные л. уу. – lnn. renales Поясничный л. проток — truncus lumbales Поясничный л. уу. – lnn. lumbales Л. уу. Малой ободочной кишки – lnn. colli tenui Каудальные брыжеечные л. уу. – lnn. mesenterici caudaleses

24. 25. 26. 27. 28. 29. 30. 31. 32. 33. 34. 35. 36. 37. 38. 39. 40. 41. 42. 43. 44. 45. 46. Медиальные подвздошные л. уу. – lnn. iliaci mediales Латеральные подвздошные л. уу. – lnn. iliaci laterales Тазовые л. уу. –lnn. hypogastrici Л. уу. коленной складки – lnn. subiliaci Медиальные крестцовые л. уу. – sacrales mediales Л. уу. Прямой кишки – lnn. rectales Заднепроходные л. уу. — lnn. anales Запирательный л. уу. — lnn. obturatorius Глубокие паховые л. уу. – lnn. inguinales profundi Поверхностные паховые л. уу. — lnn. inguinales superficiales Подколенные л. уу. – lnn. poplitei Л. уу. cлепой кишки – lnn. caecales Л. уу. тощей кишки – lnn. jejunales Л. уу. ободочной кишки (нарисовано только вертикальное положение большой ободочной кишки) – lnn. coli crasi Селезеночные л. уу. – lnn. lienales Л. уу. сальника – lnn. omentales Желудочные л. уу. – lnn. gastrici Печеночные л. уу. – lnn. hepatici Локтевые л. уу. – lnn. cubitales Подмышечные л. уу. – lnn. axillares Краниальные средостенные л. уу. – lnn. mediastinales craniales Конец грудного протока Правый лимфатический ствол – ductus lymhpaticus dexter

Лимфатический узел имеет овальную, бобовидную форму. С выпуклой стороны к нему подходят приносящие лимфатические сосуды (4). Со стороны вдавления – так называемые ворота – в узел проникают кровеносные сосуды и нервы (5), а выходит выносящий лимфатический сосуд. На внутренней стороне стенки лимфатического сосуда расположены клапаны (7), препятствующие обратному току лимфы. Благодаря этим клапанам и сокращению мускулатуры стенки, лимфа движется в одном направлении.

Поперечный Срез

Кроветворение


Костная и мышечная системы, дыхательный аппарат. Сердечнососудистая система, кровь и кроветворение

23.06.2010/реферат

Особенности строения черепа ребенка. Строение верхних дыхательных путей новорожденного и детей первых месяцев жизни. Частота дыхания и жизненная емкость легких у детей различного возраста. Физиологические и морфологические особенности сердца и сосудов.

Стимуляторы кроветворения и адаптогены

5.01.2008/реферат

Метаболизм железа в организме. Роль витамина В12 и фолиевой кислоты в стимуляции эритропоэза. Физиология, биохимия почечных эритропоэтинов: строение нефрона, кровоснабжение почек. Современные представления о механизмах действия адаптогенов.

Представления о кроветворении, функции клеток. Острая недостаточность костного мозга

15.09.2010/реферат

Особенности современных представлений о крови — внутренней среде организма с определенным морфологическим составом и многообразными функциями, которую условно делят на две части: клетки (эритроциты, лейкоциты, тромбоциты) и плазму. Функции клеток крови.

История болезни ребенка с диагнозом острый аппендицит

14.02.2010/история болезни

Постановка предварительного диагноза острый аппендицит на основании анамнеза, жалоб больной и объективного исследования систем эндокринной, органов дыхания, пищеварения, кроветворения. Проведение лабораторного обследования и назначение лечения.

История открытия и применение стволовых клеток

15.12.2009/реферат

Развитие мировой науки в области клеточной биологии. Суть механизма быстрого самообновления клеток крови, теория кроветворения А.А. Максимова, эмбриональные стволовые клетки и роль донорства. Клеточная терапия как путь к восстановлению спинного мозга.

Лейкозы

17.09.2009/реферат

Лейкозы — многочисленные опухоли, возникающие из кроветворных клеток и поражающие костный мозг. Продолжительность заболевания, этиология и патогенез. Причины острых и хронических лейкозов, клиническая картина, лечение и применение антибиотиков.

Лимфолейкоз

15.04.2009/реферат

Особенности групп опухолей кроветворной ткани. Представление о хронических лейкозах. Течение хронических лейкозов лимфоидной ткани, их патогенез, клиника, классификации и лабораторная диагностика. Опухолевая трансформация стволовых полипотентных клеток.

Общие черты предпатологии радиационной и нерадиационной природы

30.08.2009/курсовая работа

Радиационные изменения кроветворения в ближайшие и отдаленные сроки. Описание экспериментов по изучению действия облучения на подопытных собак. Регуляция размножения и дифференцировки кроветворных клеток. Проявления отдаленных радиационных последствий.

Острые лейкозы (этиопатогенез, клиническая, гематологическая картина)

12.01.2009/методичка

Острый лейкоз – опухолевое заболевание кроветворной ткани, характеризующееся накоплением в костном мозге и периферической крови незрелых гемопоэтических клеток. Клинические синдромы — геморрагический, инфекционных осложнений, опухолевой интоксикации.

Протокол патологоанатомического вскрытия поросенка-боровка

23.01.2008/практическая работа

Анамнестические и клинические данные. Внутренний осмотр. Органы кроветворения и иммунитета. Сердечно-сосудистая система. Органы дыхания. Органы пищеварения. Органы мочеотделения. Половые органы. Паталогоанатомический диагноз. Лабораторные исследования.


Кроветворная ткань – обзор

а. Общая реакция на поражение ионизирующим излучением.

Нормальное функционирование гемопоэтических тканей включает сложный баланс между обновлением и дифференцировкой стволовых клеток и развитием более зрелых типов клеток, а также регуляцией стромального микроокружения и внеклеточных факторов роста. Это относится как к костному мозгу, так и к лимфопоэтическим тканям. Различные клетки кроветворной системы являются одними из наиболее чувствительных в организме к ионизирующему излучению.Между реакциями лимфоидных клеток и других типов клеток кроветворного ряда имеются весьма существенные различия, которые будут обсуждаться отдельно.

Популяция плюрипотентных стволовых клеток костного мозга, дающая начало эритроидным, миелоидным, лимфоидным, моноцитарным и мегакариоцитарным клеточным линиям, обладает высокой текучестью и высокой радиочувствительностью. Более дифференцированные коммитированные клетки-предшественники этих линий менее радиочувствительны. По мере того, как клетки этих линий приближаются к конечной дифференцировке, они постепенно становятся менее чувствительными.Это важный фактор для понимания патологических эффектов, наблюдаемых после острого облучения всего тела. Хотя вся популяция стволовых клеток и коммитированных клеток-предшественников чувствительна, существуют доказательства гетерогенности чувствительности среди различных субпопуляций клеток-предшественников.

Эритроидные клетки обладают большей чувствительностью к деструкции, чем миеломоноцитарные и мегакариоцитарные клетки. Мало что известно о предшественниках лимфоидных клеток в костном мозге, и лимфоциты вне костного мозга представляют собой особый случай.Различные некроветворные и стромальные компоненты костного мозга, включая фибробласты, адипоциты, эндотелий и эндост, традиционно считались менее радиочувствительными, чем гемопоэтические элементы. Однако недавние исследования показали, что при некоторых условиях чувствительность стромы может быть такой же или даже выше, чем у гемопоэтических клеток. Строма образует критическое индуктивное микроокружение, без которого не может происходить нормальное кроветворение.Строма не просто поддерживает по своей природе, но играет определяющую роль в росте и дифференцировке. Повреждение стромы может играть важную роль в генезе некоторых поздних лучевых эффектов.

После острого облучения всего тела в дозе LD 50 происходит задержка цикла пролиферирующих компартментов стволовых клеток костного мозга и клеток-предшественников. После этой задержки следует волна клеточного деления с большим количеством связанных с митозом смертей. Примерно через 1 день появляется некроз костного мозга, о чем свидетельствуют пикнотические и кариорректические ядра и фагоцитоз клеточного детрита.В это время многие из более зрелых дифференцированных клеток остаются интактными. Поскольку эти клетки относительно радиорезистентны, они продолжают созревать и в конечном итоге попадают в периферическую кровь. Это дальнейшее истощение приводит к гипоплазии костного мозга примерно через 3 дня после облучения. Некроз продолжается по мере того, как оставшиеся стволовые клетки и клетки-предшественники циклируются и подвергаются связанной с митозом гибели.

Эти изменения костного мозга отражаются в снижении числа клеток периферической крови, но это происходит с задержкой.Время появления этих декрементов клеток в основном определяется продолжительностью жизни различных клеток крови и может различаться у разных видов. Из-за гораздо более короткого периода жизни гранулоцитов и тромбоцитов (порядка от нескольких дней до недели или около того) тяжелая гранулоцитопения и тромбоцитопения наблюдаются относительно рано по сравнению с возникновением анемии. Последнее задерживается из-за большей продолжительности жизни эритроцитов, которая составляет порядка 3 мес. Фактически гранулоцитопении предшествует лимфоцитопения, которая развивается сразу после облучения и достигает максимума на 1-й день после облучения.Такой срок обусловлен высокой чувствительностью лимфоцитов к межфазной гибели, которая наступает быстро и не зависит от клеточного деления. Таким образом, сроки развития различных декрементов клеток в крови, т. е. лимфопении, гранулоцитопении, тромбоцитопении и анемии, отражают не только присущую клеточным линиям чувствительность, но и продолжительность их жизни. Из-за медленного оборота популяции стромальных клеток гибель, связанная с митозом, сводится к минимуму, как и острое повреждение этого компартмента.

Эта последовательность событий приводит к так называемому «кроветворному синдрому». Тяжесть изменений находится в прямой зависимости от дозы, а также от облучаемых видов. Различия между видами в радиочувствительности, измеренной с помощью LD 50 / 30 для острого облучения всего тела, могут достигать двух раз; например, от 200 до 300 сГр у собак до 600 сГр или выше у грызунов. Было предложено несколько объяснений механизмов изменчивости этого вида, включая различия в кинетике кроветворения, различия в концентрации стволовых клеток на килограмм массы тела и различия во внутренней чувствительности гемопоэтических предшественников.

Поскольку устойчивость к инфекциям зависит как от функциональных гранулоцитов, так и от нормальной иммунной функции, радиационно-индуцированная панлейкопения делает человека восприимчивым к тяжелым и часто смертельным инфекциям. Восприимчивость к инфекции может усугубляться тромбоцитопенией, приводящей к сильным кровотечениям. Анемия гораздо менее опасна после острого воздействия; однако это может иметь значение после хронического воздействия. Другие более поздние изменения, наблюдаемые в костном мозге, включают гемопоэтическую атрофию и миелофиброз (рис.4).

Рисунок 4. Кроветворная атрофия и миелофиброз у собаки через 5 лет после однократного введения 3500 сГр электронов в кость. В костном мозге мало кроветворных клеток (ГП) и увеличена фиброзная соединительная ткань (СТ). Окраска H&E. Бар: 100 мкм.

Внутренние депонированные радионуклиды могут вызывать беспокойство, если они доставляют значительные дозы облучения в костный мозг. Например, аналог калия 137 Cs распределяется по всему телу, и его высокоэнергетическое гамма-излучение приводит к воздействию на все тело, что может вызвать острый гемопоэтический синдром.Находящиеся в костях радионуклиды, такие как 144 Ce, 90 Sr или 239 Pu, частично или предпочтительно откладываются в костях и облучают соседний костный мозг. Такие внутренние излучатели также могут вызывать истощение кроветворения при очень высоких дозах, но чаще связаны с развитием гемопоэтических и костных новообразований при более низких дозах и в более поздние сроки.

В то время как лимфоциты обычно называют высокорадиочувствительными клетками, важно помнить о разнообразии популяции лимфоидных клеток.Существуют различия в радиочувствительности тимоцитов и периферических лимфоцитов, а также значительные различия между самими периферическими клетками. Считается, что В-лимфоциты обладают большей радиочувствительностью, чем Т-лимфоциты. Различные подклассы Т-лимфоцитов имеют разную радиочувствительность. Популяции супрессорных или цитотоксических Т-лимфоцитов более чувствительны, чем клетки-хелперы-индукторы, хотя даже здесь могут быть вариации в зависимости от других оцениваемых подклассов, видов и других факторов.Естественные клетки-киллеры, по-видимому, более радиорезистентны, чем другие лимфоциты. Наконец, основная радиочувствительность лимфоцитов зависит от их состояния дифференцировки и активации. Что касается иммунных ответов, примированные В- или Т-клетки обладают значительно сниженной радиочувствительностью. Высокорадиочувствительный лимфоцит подвергается интерфазной гибели со всеми морфологическими и физиологическими признаками апоптоза. Имеющиеся данные показывают, что лимфоидные клетки обладают недостаточной способностью восстанавливать сублетальное радиационно-индуцированное повреждение ДНК, что увеличивает их общую чувствительность.

Кроветворение — обзор | ScienceDirect Topics

Введение

Гематопоэз — это продолжающийся в течение всей жизни процесс непрерывного образования и оборота клеток крови для удовлетворения повседневных потребностей, а также в ответ на повышенный спрос, например, при травме или инфекции. В среднем взрослый человек ежедневно производит примерно один триллион клеток крови, в том числе 200 миллиардов эритроцитов (красных кровяных телец (эритроцитов)) и 70 миллиардов нейтрофилов. Поддержание кроветворения регулируется как стохастическими, так и инструктивными механизмами.В этой статье будет представлен краткий обзор ключевых результатов, которые способствовали пониманию способности к пожизненному производству крови, с акцентом на исходные данные, определяющие систему кроветворения.

Гемопоэтические стволовые клетки (ГСК) находятся на вершине кроветворения и характеризуются двумя фундаментальными характеристиками: способностью к самообновлению, делением, приводящим к образованию двух ГСК, и способностью к мультипотентной дифференцировке во все зрелые линии крови , то есть эритроциты, тромбоциты, лимфоциты, моноциты/макрофаги и гранулоциты.Основные исследования, проведенные в начале 1950-х годов, показали, что гемопоэз у облученных животных можно восстановить с помощью клеток селезенки и/или костного мозга (КМ). Позже было показано, что аллогенные кожные трансплантаты переносились летально облученными мышами, получившими гемопоэтический трансплантат, что привело к концепции химеризма, то есть восстановления хозяина донорскими клетками. В 1960-х годах Тилль, МакКаллох и их коллеги опубликовали прорывные исследования, показывающие, что отдельные клоногенные клетки в костном мозге могут самообновляться и восстанавливать гемопоэз, постулируя существование HSC in vivo.Они показали, что селезенки летально облученных мышей, которым вводили гемопоэтические клетки, образовывали макроскопические узелки пропорционально количеству инъецированных клеток КМ, и предположили, что эти колонии селезенки (колониеобразующие единицы-селезенка (КОЕ-С)) произошли от одной клетки. , что позже было продемонстрировано анализом хромосомных маркеров. Эти исследования также заложили основу для клинической гемопоэтической трансплантации.

Первоначально считалось, что анализ CFU-S измеряет HSC, и он до сих пор используется в качестве суррогатного анализа HSC.Однако единственной истинной мерой функции HSC является способность полностью восстановить популяцию смертельно облученного хозяина. В то время как «присутствие» ГСК можно определить путем мониторинга выживаемости смертельно облученных реципиентов трансплантата, этот строгий метод «выживания» не позволяет количественно определить количество или функцию ГСК или сравнить трансплантаты ГСК. Для решения этой проблемы были разработаны анализы долгосрочной репопуляции, которые оценивают и количественно определяют долгосрочные репопуляционные клетки (LTRC), синоним HSC, которые позволяют сравнивать трансплантаты.В своем стандартном формате донорский трансплантат HSC смешивают с конкурирующим трансплантатом BM от конгенной мыши дикого типа, и смесь трансплантируют летально облученному реципиенту. Маркеры, отличающиеся для донорского трансплантата и конкурентного трансплантата, используются для различения продукции крови из каждого источника клеток, что позволяет сравнивать их способность к репопуляции. В анализе используются мыши C57Bl/6 (CD45.2) и мыши B6.SJL-PtrcAPep3B/BoyJ (BOYJ) (CD45.1), которые отличаются только антигеном CD45 и могут быть различимы с помощью специфических моноклональных антител, что позволяет оценка химеризма у животных-реципиентов.

Хотя анализы конгенной конкурентной репопуляции подходят для мышиных HSC, они не позволяют анализировать человеческие HSC. Вместо этого гемопоэтические клетки человека были проанализированы у мышей с ослабленным иммунитетом, а HSC проанализированы в модели, аналогичной анализу конкурентной репопуляции, путем трансплантации сублетально облученным мышам с иммунодефицитом, что позволяет оценить химеризм и многолинейное производство клеток крови человека. Приживление HSC человека in utero эмбриону овцы также используется в качестве экспериментальной модели кроветворения человека.

Кроветворение в печени и костном мозге плодов человека в период от 5 до 16 недель после зачатия: количественная оценка популяций макрофагов и нейтрофилов Плоды были получены в результате 16 плановых прерываний беременности, 14 в период от 5 до 16 недель после зачатия и 2 плода в сроке 23 недели. Возраст оценивали по длине стопы плода, длине длинных костей или длине темени-крестца

(8, 9) . Прерывание беременности осуществлялось путем аспирационного выскабливания (или в 23 недели путем дилатации и выскабливания).Члены нашей исследовательской группы не были врачами, ухаживающими за женщинами или выполняющими процедуры прерывания беременности. Наши исследователи не контактировали с женщинами, прервавшими беременность, и не имели никакого влияния на это решение. Исследования были одобрены Институциональным наблюдательным советом Университета Флориды.

Подготовка проб . Кости немедленно помещали либо в забуференный изопропиловым спиртом фиксатор (Surgipath Medical Industries, Inc., Ричмонд, Иллинойс) для иммуногистохимии, либо замораживали в жидком азоте для последующей экстракции РНК.Клетки вымывали из костномозговых полостей большеберцовой, плечевой и бедренной костей 10 образцов на 11-23 неделе беременности в стерильную α-MEM (Hyclone, Logan, UT) для подготовки к проточному цитометрическому анализу. Печень плода помещали в раствор Буэна (Sigma Chemical Co., Сент-Луис, Миссури) для иммуногистохимического исследования или замораживали в жидком азоте для последующего выделения РНК.

Световая микроскопия и иммуногистохимия . Кости удаляли из фиксатора, забуференного изопропиловым спиртом, и помещали в раствор для декальцинации (De Cal Chemical Corp., Конгерс, Нью-Йорк) в течение 5 часов. После декальцинации кости промывали водой не менее 1 ч. Ткани обезвоживали в градуированной спиртовой серии, заливали в парафин и окрашивали гематоксилином и эозином. Печень переносили из раствора Буэна в 70%-ный этанол через 5 ч, блокировали в парафине и делали срезы. Всю иммуногистохимию выполняли с использованием автоматического устройства для окраски слайдов Ventana 320 (Ventana Medical Systems, Tucson, AZ).

Печень и миндалины человека использовали в качестве контроля тканей.Отрицательные контроли состояли из срезов, не подвергавшихся воздействию первичных антител, и их готовили и окрашивали одновременно с предметными стеклами. Предметные стекла были депарафинизированы в двух промывках ксилолом и повторно гидратированы через серию спиртов, заканчивающихся баней с водопроводной водой, и помещены в промывочный раствор Ventana Medical Systems (раствор № 250-008). Окрашивание КП-1 и антител к миелопероксидазе (MPOAb) (Dako, Carpinteria, CA) проводили для идентификации макрофагов и гранулоцитов соответственно. KP-1 представляет собой макрофагальный маркер человека (CD68) белка лизосомной мембраны (10) .Предметные стекла KP-1 подвергали воздействию раствора ингибитора, состоящего из перекиси водорода и азида натрия (Ventana), в течение 4 минут для блокирования активности эндогенной пероксидазы. Затем предметные стекла подвергали воздействию щелочной протеазы (реагент Ventana Protease 2) перед воздействием специфического антитела для улучшения связывания антител. Определяли оптимизированные титры специфического антитела и затем наносили на срезы. Антитело КР-1 наносили в разведении 1:100 на 32 мин. Предметные стекла подвергали воздействию реагента авидин-пероксидазы хрена в течение 8 минут.После этого предметные стекла подвергали воздействию универсальных биотинилированных вторичных антител Ig в течение 8 мин (Ventana Medical Systems). На предметные стекла КП-1 наносили диаминобензидин на 8 мин и докрашивали предметные стекла гематоксилином.

МПО представляет собой фермент, специфичный для миелоидных клеток, который вырабатывается на стадии промиелоцитов и локализуется в первичных (азурофильных) гранулах (11) . Окрашивание MPOAb проводили аналогично КП-1. МПОАт наносили в разведении 1:12 000 на 32 мин.После связывания вторичного антитела предметные стекла, обработанные MPOAb, подвергали воздействию авидин-щелочной фосфатазы. Вместо диаминобензидина на предметные стекла MPOAb наносили быстрый красный хромоген.

Окрашивание антителами против G-CSF-R (Santa Cruz Biotechnology, Санта-Крус, Калифорния) и антителами против G-CSF (Santa Cruz Biotechnology) проводили с использованием тех же реагентов, что и при окрашивании KP1. Антитело G-CSF-R применяли в разведении 1:400. Плаценту человека использовали в качестве положительного контроля для обоих антител.Отрицательный контроль состоял из замены первичных антител кроличьей сывороткой и первичных антител, инкубированных с контрольным пептидом G-CSF-R (Santa Cruz Biotechnology). Антитело к G-CSF (Oncogene Research Products, Cambridge, MA) наносили на ночь в разведении 1:60. Поскольку не было коммерчески доступного контрольного пептида G-CSF, отрицательный контроль состоял из мышиного моноклонального IgG 1 в той же концентрации, что и антитело (12, 13) .

Установление соотношения гранулоцитов (МПО-позитивных клеток) к макрофагам (КП-1-позитивных клеток) .Соотношение клеток, положительно окрашивающихся на МПО, к клеткам, окрашивающимся положительно на КР-1, рассчитывали для следующих гестационных возрастных групп: 5-6, 7-10, 11-12 и 13-16 недель. В каждую группу включали не менее двух плодов. Средние значения и стандартные отклонения были рассчитаны для соотношений, найденных на каждом из отдельных слайдов.

Проточный цитометрический анализ суспензий клеток печени и костного мозга . Печень промывали раствором повидон-йода, как описано Rice et al. (14) , а затем помещали в планшеты для тканевых культур и покрывали стерильной α-MEM. Клетки отделяли от печени с помощью тупых пинцетов. Суспензию клеток получали путем осторожного протягивания клеток через последовательно иглы более высокого калибра (калибр 16-20). Клетки, вымытые из костного мозга, и клеточные суспензии, полученные из печени, окрашивали антителами и нерелевантными контрольными иммуноглобулинами соответствующего изотипа, которые конъюгировали либо с FITC, либо с фикоэритрином. Используемые антитела включали CD14, CD11b, CD15 и CD45 (Dako) по отдельности или в комбинации.Клетки (10 5 ) инкубировали на льду в течение 15 мин и дважды промывали PBS. Конечный осадок клеток суспендировали в 400 мкл 0,50% раствора параформальдегида в PBS.

Клетки анализировали на проточном цитометре FACScan [Becton Dickinson Immunocytometry Systems (BDIS), Сан-Хосе, Калифорния]. Сигналы флуоресценции собирали с использованием четырехдекадной логарифмической амплификации. Данные от 10 4 клеток были собраны для каждого антитела или контрольного иммуноглобулина и сохранены в режиме списка.Программное обеспечение Lysis II (BDIS) использовалось для анализа данных иммунофлуоресценции. Нежизнеспособные клетки, подтвержденные исследованиями окрашивания ядер йодидом пропидия, исключали из анализа поверхностного антигена. Экспрессию антигена оценивали путем сравнения распределения флуоресценции клеток, подвергшихся воздействию антитела, с клетками, подвергшимися воздействию изотипического контрольного антитела.

ОТ-ПЦР . Тотальную РНК получали с использованием колонок Quiagen RNeasy (Quiagen, Chatsworth, CA) с использованием метода, основанного на связывании РНК с мембраной на основе силикагеля (15) .Для анализа ОТ-ПЦР 0,5-2,0 мкг тотальной РНК транскрибировали с помощью 5 ед. RT вируса мышиного лейкоза Молони для синтеза кДНК первой цепи. Амплификацию кДНК проводили с 1,25 ед. ДНК-полимеразы Taq с использованием праймеров, специфичных к интересующим гемопоэтическим факторам роста и рецепторам. После завершения реакций ОТ-ПЦР 20 мкл продуктов ОТ-ПЦР из каждого образца подвергали электрофорезу в 3% метафорическом геле (FMC Bioproducts, Rockland, MA), окрашивали бромистым этидием и фотографировали.Праймеры, последовательности, расположение, ожидаемые длины фрагментов и температуры отжига перечислены в Таблице 1 (16–20) .

Жидкие культуры клеток печени . Клетки печени легкой плотности подвергали жидкой культуре в концентрации 10 6 клеток/мл в α-MEM с добавлением 10% FCS (Hyclone), 5 × 10 -5 моль/Lβ-меркаптоэтанол (Eastman Organic Chemicals), 1% BSA (Sigma Chemical Co.) и 100 ЕД/мл rhIL-3 (R&D Systems), как описано Barton et al. (21) . Через 5 дней клетки промывали и подсчитывали, а затем повторно высевали в четырехкратную повторность чашек, содержащих указанные выше среды и rhIL-3 в концентрации 10 ЕД/мл. В дни 8 и 12 культуры подкармливали дополнительной средой с добавлением rhIL-3. Через 12 дней клетки, извлеченные из культуральных планшетов, подвергали проточной цитометрии, как описано выше.

Статистический анализ . Для каждого из 10 плодов количество MPO-позитивных клеток и количество KP-1-позитивных клеток подсчитывали в пяти соседних полях с высоким увеличением на каждом предметном стекле костного мозга и печени (обычно 5-10 предметных стекол на образец).Образцы были сгруппированы в соответствии с гестационным возрастом (5-6, 8-10, 11-12 и 13-16 недель после зачатия). Для каждой гестационной группы отношение МПО-позитивных клеток к КР-1-позитивным клеткам в костном мозге сравнивали с отношением МПО-позитивных клеток к КР-1-позитивным клеткам в печени. Это сравнение было выполнено путем выражения количества KP-1-положительных клеток на одну MPO-положительную клетку на каждом предметном стекле, а затем расчета среднего значения и стандартного отклонения для каждой группы. Количество в костном мозге сравнивали с количеством в печени, используя тест t , и различия p < 0.05 считались значительными.

Кроветворные стволовые клетки в селезенке мыши | Кровь

Селезенка — орган кроветворения у мышей. Гемопоэтические стволовые клетки (ГСК) мигрируют в селезенку примерно на 14-й день эмбрионального развития, а затем мигрируют в костный мозг (КМ) примерно на 17-й день эмбрионального развития. После этого ГСК находятся как в КМ, так и в селезенке на протяжении всей жизни мыши. Селезенка является основным местом экстрамедуллярного кроветворения при патологических состояниях.Селезенка служит активным органом кроветворения у летально облученных мышей некоторое время после трансплантации клеток КМ. Остеобласты считаются одним из компонентов ниши стволовых клеток. Поскольку в селезенке нет остеобластов, ниши в селезенке, возможно, функционируют иначе, чем в костном мозге. Регуляция HSCs, вероятно, различается между BM и селезенкой. Чтобы понять роль ГСК селезенки в физиологических условиях, мы охарактеризовали ГСК селезенки по сравнению с таковыми в костном мозге.

КМ и клетки селезенки были получены от мышей C57BL/6 в возрасте 8–10 недель. Конкурентная репопуляция показала, что репопуляционная активность на 10 6 клеток КМ была значительно выше, чем на 10 6 клеток селезенки (примерно в 10 раз). Предельный анализ показал, что частота долговременной репопуляции клеток в клетках КМ была значительно выше, чем в клетках селезенки (примерно в 10 раз). В результате средняя активность стволовой клетки костного мозга была аналогична активности стволовой клетки селезенки.Подобно BM, CD34-отрицательные, c-Kit-положительные, Sca-1-положительные, отрицательные по маркерам линии (CD34 KSL) клетки были сильно обогащены HSC в селезенке. Частота клеток CD34 KSL в селезенке была достоверно ниже, чем в КМ. Эти данные указывают на то, что функционально эквивалентные ГСК существуют в селезенке, но с низкой частотой. Данные по одноклеточной трансплантации подтверждают это мнение. Доля пиронин Y-негативных клеток G 0 среди клеток BM CD34 KSL была больше, чем среди клеток селезенки CD34 KSL в любой момент времени.Анализ поглощения BrdU показал, что клетки селезенки CD34 KSL циклировали быстрее, чем клетки BM CD34 KSL. Эти данные свидетельствуют о том, что ГСК селезенки в некоторой степени вносят вклад в кроветворение в физиологических условиях. ГСК костного мозга и селезенки могут быть взаимозаменяемы в кровотоке. Когда HSC BM находятся в селезенке, они, возможно, находятся под контролем ниш селезенки, отличных от ниш BM.

Раскрытие информации: Отсутствие соответствующих конфликтов интересов для объявления.

Роли различных клеточных популяций

Кроветворение является основной функцией печени в течение значительного периода внутриутробного развития млекопитающих. Гемопоэтические клетки фетальной печени существуют в специфическом микроокружении, контролирующем их пролиферацию и дифференцировку. Это микроокружение создают различные клеточные популяции, в том числе эпителиоциты, макрофаги, различные элементы стромы (звездчатые клетки печени, фибробласты, миофибробласты, гладкомышечные и эндотелиальные клетки сосудов, мезенхимальные стромальные клетки), а также клетки, подвергающиеся эпителиально-мезенхимальному переходу.В данной работе рассматривается участие этих типов клеток в регуляции гемопоэза печени плода.

1. Введение

У млекопитающих печень служит основным органом кроветворения в течение значительного периода пренатального онтогенеза. В мышиной печени, например, кроветворные клетки впервые появляются у 10-дневных эмбрионов, при этом кроветворная функция органа достигает пика на 13-14-е сутки эмбрионального развития и прекращается в течение первых 2-4 дней постнатального развития [1, 2]. Для гемопоэза требуется специфическое микроокружение, которое вырабатывает химические сигналы для привлечения гемопоэтических клеток и регулирует их пролиферацию и дифференцировку посредством контактных и гуморальных взаимодействий.Гематопоэтическое микроокружение фетальной печени создано комплексом типов клеток, включая эпителиоциты, резидентные макрофаги и несколько популяций стромальных клеток мезенхимального происхождения, таких как звездчатые клетки печени, фибробласты, миофибробласты, гладкомышечные и эндотелиальные клетки сосудов, а также мезенхимальные стромальные клетки. клетки (МСК). Рассмотрим роль различных клеточных компонентов этого микроокружения в поддержании кроветворной активности в развивающейся печени.

2.Эпителий печени

На ранних стадиях развития печени ее эпителий представлен бипотентными гепатобластами, которые впоследствии дифференцируются в гепатоциты и холангиоциты [1, 2]. Гепатобласты можно идентифицировать по одновременной экспрессии как печеночных (цитокератин 18, альбумин), так и билиарных эпителиальных маркеров (цитокератин 19), а также Е-кадгерина [3]. Морфология и фенотип эпителиальных клеток печени изменяются в процессе развития, и эти изменения коррелируют с гемопоэтической активностью [4, 5].Клетки линии гепатоцитов, по-видимому, играют важную роль в регуляции эритропоэза: они тесно взаимодействуют с эритробластами [5] и продуцируют эритропоэтические цитокины, такие как фактор стволовых клеток и эритропоэтин [6, 7].

Локализация клеток линии мегакариоцитов среди гепатоцитов, описанных в печени плода человека [8], и продукция тромбопоэтина некоторыми линиями мышиных гепатоцитов [9] предполагают вклад печеночного эпителия в контроль мегакариоцитопоэза.

Участие эпителия в поддержании гемопоэтической функции печени подтверждается существованием клеточных линий гепатобластов и гепатоцитов, способных поддерживать гемопоэз в длительной культуре за счет секреции цитокинов [9] или адгезивных взаимодействий с гемопоэтическими клетками-предшественниками [9]. 10]. Билиарный эпителий также может поддерживать как длительную пролиферацию гемопоэтических клеток, так и продукцию коммитированных эритроидных или гранулоцитарно-макрофагальных предшественников посредством контактных взаимодействий через белок, регулирующий печень, который экспрессируется на поверхности эпителиоцитов [11].

3. Макрофаги

В развивающейся печени макрофаги сначала появляются в синусоидах. На стадии активного кроветворения печени они мигрируют в паренхиму, образуя эритробластические островки, состоящие из центрального макрофага, окруженного эритробластами и редкими лимфоцитами [12, 13]. Взаимодействие эритроидных клеток с макрофагами, опосредованное макрофагальным белком эритробластов (Emp), необходимо для их энуклеации [14]. Кроме того, макрофаги экспрессируют молекулу адгезии сосудистых клеток VCAM-1, которая также опосредует их адгезионные взаимодействия с эритробластами [15], и jagged-1, лиганд сигнальной системы Notch, участвующей в регуляции гемопоэза [13].Центральные макрофаги эритробластных островков дегенерируют по мере прекращения кроветворения в печени [12].

Другая популяция макрофагов в печени плода состоит из клеток Купфера, выстилающих синусоиды. Некоторые недавние данные свидетельствуют о том, что они происходят из желточного мешка и не являются потомством дефинитивных гемопоэтических стволовых клеток [16]. Их функции в поддержании кроветворения заключаются в фагоцитозе ядер, экструдированных из эритробластов поздних стадий [17, 18], и секреции эритропоэтина [19].Наличие делящихся и созревающих эритробластов в вакуолях клеток Купфера, наблюдаемое в фетальной печени [18], также может свидетельствовать о роли этих клеток в регуляции эритропоэза.

4. Звездчатые клетки печени

Звездчатые клетки печени, или клетки Ито, расположены в перисинусоидальном пространстве Диссе. Покоящиеся звездчатые клетки содержат ретиноидные липидные капли. При активации они теряют эти капли и приобретают морфологические и фенотипические признаки миофибробластов, включая экспрессию гладкомышечного актина [20].Активация звездчатых клеток происходит при повреждении печени [21, 22]. Они также активируются в монослойных культурах, но остаются в состоянии покоя при культивировании на коллагеновом геле [21].

Звездчатые клетки печени плода экспрессируют десмин [23, 24], 3-интегрин, нестин [24], CRBP-1 [25], N-CAM [26] и релин [27]. Некоторые исследователи считают, что эти клетки происходят из мезенхимальных клеток поперечной перегородки, образующих субмезотелиальный слой под капсулой печени [26, 28, 29], однако нельзя исключать их эпителиальное происхождение [30].Количество звездчатых клеток печени увеличивается в процессе развития [25]. В плодном периоде они связаны с гемопоэтическими клетками [23] и, по-видимому, регулируют гемопоэз за счет секреции хемоаттрактантов (таких как фактор-1, полученный из стромальных клеток), а также посредством контактных взаимодействий, опосредованных VCAM-1 [24]. Также известно, что звездчатые клетки печени секретируют эритропоэтин [6] и фактор стволовых клеток [31]. Следовательно, эти клетки можно рассматривать как важный компонент гемопоэтического микроокружения.

5. Фибробласты и миофибробласты

В печени взрослого человека или плода фибробласты (миофибробласты) располагаются в области портальных триад [20, 25], вокруг центральных вен и в капсуле Глиссона [22] или в печени плода, в субмезотелиальном слое мезенхимальных клеток [29]. Портальные миофибробласты экспрессируют гладкомышечный актин и десмин и морфологически сходны с активированными звездчатыми клетками [20, 32]. Однако по происхождению они не связаны со звездчатыми клетками печени [19, 32]; в отличие от последних они экспрессируют CD90 [32, 33], гремлин [33], фибулин-2 и интерлейкин-6 [34], но не экспрессируют рилин [35].

Периваскулярные фибробласты фетальной печени представляют собой клетки мезодермального происхождения [29]. Все стромальные клетки портальных триад на ранних стадиях развития экспрессируют гладкомышечный актин, но впоследствии они замещаются фибробластами, характерно экспрессирующими виментин (но не гладкомышечный актин) [25]. Таким образом, миофибробласты исчезают в процессе развития и отсутствуют в нормальной взрослой печени [22].

Морфологический и иммуногистохимический анализ печени плода выявляет миелопоэз преимущественно вокруг кровеносных сосудов, то есть в местах локализации фибробластов и миофибробластов [8, 36].Эти данные могут отражать их важную роль в регуляции миелоидной дифференцировки. Однако роль миофибробластов и фибробластов в регуляции кроветворения изучена недостаточно. Некоторые данные свидетельствуют об их участии в организации гемопоэтического микроокружения за счет продукции компонентов внеклеточного матрикса, в том числе фибронектина и коллагена [37]. Адгезия к фибронектину, по-видимому, стимулирует пролиферацию как гемопоэтических стволовых/прогениторных, так и эритроидных клеток [38, 39], что подтверждается корреляцией между содержанием этого белка в перипортальной области и активностью кроветворения в печени плода человека [40].В мышиной фетальной печени миелоидные клетки связаны с периваскулярным и субкапсулярным коллагеном, что может свидетельствовать о значимости его продукции стромальными клетками для поддержания миелопоэза [5].

6. Миоидные клетки

Дифференцированные гладкомышечные клетки в печени плода человека обнаружены только в средней оболочке ветвей печеночной артерии [25]. Однако печень плода мыши служила источником многочисленных стромальных клеточных линий, экспрессирующих маркеры различных стадий дифференцировки гладкомышечных клеток.Многие из этих линий, особенно находящиеся на ранних или средних стадиях дифференцировки, могут поддерживать гемопоэз в длительной культуре и, вероятно, соответствуют перицитам, расположенным вокруг венозных капилляров [41, 42]. Незрелые клетки этой линии, вероятно, продуцируют гемопоэтические цитокины, как это было показано для миоидных клеток стромы костного мозга [43], тогда как более зрелые (сократительные) клетки могут контролировать миграцию гемопоэтических клеток, изменяя проницаемость межклеточных пространств между эндотелиоцитами. [42].

Неожиданно оказалось, что печень плода у разных видов содержит клетки-предшественники скелетных мышц, демонстрирующие спонтанное слияние с мышечными трубками in vitro [44-46]. Эти клетки могут проникать в печень и другие органы эмбриона, когда они мигрируют из дермомиотома в участки, где должны формироваться скелетные мышцы. Однако, учитывая данные о том, что скелетные миобласты секретируют широкий спектр регуляторных молекул, в том числе фактор-1, происходящий из стромальных клеток, и гемопоэтические цитокины, такие как колониестимулирующий фактор макрофагов [47], их специфическая роль в поддержании кроветворения печени не может быть доказана. быть исключенным.

7. Эндотелий сосудов

Эндотелий сосудов различных отделов ацинусов печени плода различается по строению: в портальных сосудах он образует непрерывный слой, а в центральных венах фенестрирован [48]. В отношении кроветворной функции печени особый интерес представляет эндотелий синусоидов, через который должны проникнуть зрелые клетки крови, чтобы попасть в кровоток. Синусоиды на ранних стадиях развития выстланы непрерывным эндотелием, однако впоследствии его структура изменяется так, что он становится высокопроницаемым для клеток крови и регуляторных молекул.Исчезает базальная мембрана, изменяется состав внеклеточного матрикса [49], образуются диафрагмированные или открытые фенестры, межклеточные щели, временные миграционные поры [17, 48]. Пористость синусоидального эндотелия снижается к концу пренатального онтогенеза, когда его структура и фенотип приближаются к таковым во взрослой печени [48, 49].

Благодаря экспрессии молекул клеточной адгезии, таких как E-селектин и VCAM-1 [50, 51], и хемоаттрактантов, таких как фактор-1, полученный из стромальных клеток [52], синусоидальный эндотелий в печени плода может контролировать самонаведение. гемопоэтических клеток, их удержание в нише и выход в кровоток.В печени плода гемопоэтические стволовые клетки взаимодействуют с синусоидальным эндотелием посредством активированного протеина С. Это взаимодействие способствует самообновлению стволовых клеток и препятствует их апоптозу [53]. Кроме того, эндотелиальные клеточные линии или кондиционированная ими среда поддерживают in vitro дифференцировку клеток эритроидного и гранулоцитарно-макрофагального ростков [54, 55], что свидетельствует о способности эндотелиоцитов регулировать гемопоэз посредством контактных взаимодействий с гемопоэтическими клетками и секреции цитокинов.Эндотелиальные клетки печени плода также могут способствовать В-лимфопоэзу из примитивных гемопоэтических клеток [51].

8. Мезенхимальные стромальные клетки (MSCS)

Многотогенентные MSC являются пластиковыми клетками с удельным антигенным фенотипом (для клеток человека, CD105 + CD70 + CD90 CD45 CD34 CD34 CD34 CD14 CD11b CD79a CD19 HLA-DR ) и потенциал для остеогенной, адипогенной и хондрогенной дифференцировки [56].Они были впервые идентифицированы Friedenstein et al. [57] в костном мозге, селезенке и тимусе мышей в качестве колониеобразующих единиц фибробластов. К настоящему времени МСК выявлены во многих органах (в том числе в печени плода), где они, по-видимому, располагаются в стенках сосудов [58]. МСК печени плода имеют ряд отличительных особенностей по сравнению с такими клетками других органов. Так, они проявляют более высокую пролиферативную активность, чем МСК из костного мозга взрослых [59, 60], но их остеогенный и адипогенный потенциал ниже [61].По остеогенной способности они также уступают МСК из других органов плода [62, 63].

В ходе эмбрионального развития МСК предположительно мигрируют в печень из аортально-гонадно-мезонефросной области [64], хотя возможно и их образование de novo из septum transversum мезенхимы. Количество этих клеток в печени изменяется в процессе развития в зависимости от кроветворной активности [65-67], что свидетельствует об их важной роли в организации кроветворного микроокружения.Прекращение кроветворения в печени сопровождается снижением не только количества МСК, но и их пролиферативной активности [59] и дифференцировочного потенциала [67].

В печени плода МСК являются вероятным источником стромальных клеток, сходных по своим характеристикам с гладкомышечными клетками [42]; также не исключено, что они могут дифференцироваться в миофибробласты [68] и эндотелиальные клетки [69]. По-видимому, роль этих клеток не ограничивается их дифференцировкой в ​​более специализированные компоненты гемопоэтической стромы.Для МСК костного мозга показано, что они могут продуцировать фактор-1 стромального происхождения [70], взаимодействовать с гемопоэтическими клетками через поверхностные молекулы (VCAM-1, кадгерины, интегрины и др.), регулировать их пролиферацию и дифференцировку. путем секреции широкого спектра цитокинов [71, 72]. Такие регуляторные функции вероятны и для МСК фетальной печени, хотя экспериментальных доказательств их способности поддерживать гемопоэз пока немного [66, 73].

9. Эпителиально-мезенхимальный переход (ЭМП)

В дополнение к клеточным популяциям с отчетливыми эпителиальными или мезенхимальными фенотипическими признаками развивающаяся печень содержит клетки, подвергающиеся эпителиально-мезенхимальному переходу (ЭМП), коэкспрессирующие мезенхимальные маркеры (e .g., виментин, N-кадгерин, Stro-1, остеопонтин, коллаген I типа, актин гладкой мускулатуры) и маркеры эпителия печени (альфа-фетопротеин, цитокератины 7, 8 и 18, альбумин, Е-кадгерин). 74–76]. Очевидными источниками этих клеток являются мезенхима и паренхима печени; их происхождение из гемопоэтических стволовых клеток или плюрипотентных клеток-предшественников менее вероятно [74]. В частности, коэкспрессия эпителиальных и мезенхимальных маркеров описана в перипортальных клетках печени [77], звездчатых клетках [30] и стволовых клетках печени [76].

Многочисленные ЭМП-клетки обнаруживаются в печени на стадии активного кроветворения, но они постепенно исчезают в позднем пренатальном развитии и малочисленны или отсутствуют во взрослой печени [74, 76]. Они рассматриваются как важный компонент гемопоэтического микроокружения. Так, клетки с фенотипом ЭМП сохраняют недифференцированное состояние гемопоэтических стволовых клеток in vitro [75], а поддерживающая гемопоэз способность клональной клеточной линии ЭМП AFT024 утрачивается после ее гепатоцитарной дифференцировки, индуцированной онкостатином М [74].Примечательно, что основная регуляторная роль отводится продукции фибронектина клетками портальных триад, обладающих определенными чертами ЭМП [77].

10. Стромальная регуляция гепатогенеза

Кроветворение в печени плода совпадает с гистогенезом ее эпителиальной ткани. Имеющиеся данные указывают на то, что описанные выше популяции стромальных клеток принимают участие в регуляции как гепатогенеза, так и кроветворения. В частности, имеются данные о секреции фактора роста гепатоцитов звездчатыми клетками печени [24], перипортальными клетками соединительной ткани и эндотелиальными клетками фетальной печени [78], а также о стимуляции выживаемости и пролиферации стволовых клеток печени звездчатыми клетками. [79] или эндотелиоцитов [80] в кокультурах.Паракринные сигналы от звездчатых клеток стимулируют дифференцировку гепатоцитов in vitro [81], а совместное культивирование гепатоцитов с определенной популяцией фибробластов побуждает их формировать печеночные шнуроподобные структуры [82]. Имеются также данные о том, что взаимодействие портальных миофибробластов и эпителия важно для развития внутрипеченочных желчных протоков [83]. Кроме того, гемопоэтические клетки также влияют на гепатогенез за счет продукции онкостатина М, стимулирующего функциональное созревание гепатоцитов [84].

Таким образом, кроветворное микроокружение в печени плода создается комплексом различных типов эпителиальных и мезенхимальных клеток. Они продуцируют цитокины, хемоаттрактанты, компоненты внеклеточного матрикса и так далее. и непосредственно взаимодействуют с кроветворными клетками, обеспечивая тем самым функционирование печени как кроветворного органа в течение значительного периода внутриутробного развития. К настоящему времени ниша гемопоэтических стволовых клеток в печени плода охарактеризована достаточно подробно, однако необходимы дальнейшие исследования для более глубокого понимания роли различных клеточных популяций в регуляции дифференцировки гемопоэтических клеток и гепатоцитов.

Аббревиатуры
МСК: Мезенхимальные стромальные клетки
ЕМТ: Эпителиально-мезенхимальный переход.
Благодарности

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ, ​​проект №. 11-04-00011а. Автор благодарит доктора наук Николая А. Горголюка за языковую помощь.

Границы | Гематопоэтический орган: краеугольный камень распространения Wolbachia между и внутри хозяев

Введение

Тип симбиотических взаимодействий, формирующихся между симбионтом и его хозяином, зависит от вирулентности первого и резистентности второго (Combes, 2001).Если симбионт передается горизонтально, оптимальная передача может быть напрямую связана с вирулентностью, поскольку более высокое размножение может обеспечить лучшую дисперсию. Таким образом, горизонтально передающиеся симбионты могут сохранять высокий уровень вирулентности за счет обширной колонизации хозяина. Напротив, вертикально передающиеся симбионты зависят от воспроизводства своего хозяина для передачи. Отсюда можно было ожидать совпадения интересов обоих партнеров, что могло привести к ослаблению вирулентности симбионта и ограничению локализации симбионта гонадами.Эти две крайние ситуации наблюдаются и задокументированы в природе. Однако некоторые симбионты осуществляют как вертикальную, так и горизонтальную передачу, чтобы оптимизировать свою приспособленность (Ebert, 2013). Такие симбиотические системы должны представлять собой промежуточное положение как с точки зрения моделей колонизации, так и с точки зрения вирулентности.

Wolbachia pipientis представляет собой некультивируемую внутриклеточную α-протеобактерию, которая колонизирует яичники своих членистоногих хозяев для вертикальной передачи. Чтобы увеличить вертикальную передачу, Wolbachia манипулирует репродукцией своих хозяев несколькими способами, что приводит к увеличению либо соотношения самок-хозяев, либо приспособленности для инфицированных самок по сравнению с неинфицированными (Werren et al., 2008). Помимо основного вертикального пути передачи, Wolbachia также может довольно часто горизонтально переходить от одного вида-хозяина к другому и адаптироваться к новому виду-хозяину (Mercot, Poinsot, 2009). Такая колонизация после горизонтального переноса, безусловно, способствует большому диапазону хозяев Wolbachia , который на сегодняшний день считается самым распространенным симбионтом в животном мире. Самый последний метаанализ пандемий Wolbachia показал, что около 50% наземных видов членистоногих могут быть инфицированы этим симбионтом (Weinert et al., 2015).

Вертикальная передача Wolbachia от матери потомству зависит от симбионтного тропизма к зародышевым клеткам (Frydman et al., 2006). Однако Wolbachia часто обнаруживают широкое распространение внутри хозяина за пределами гонад: они наблюдались в клетках основных органов, включая мозг, нервную цепь, мышцы, жировое тело, мальпигиевы канальцы, слюнные железы, гнатосому, среднюю кишку и гемолимфу в насекомые, клещи и ракообразные (обзор Sicard et al., 2014). Эта интенсивная внегонадная колонизация приводит к системной инфекции, которая может быть необходима Wolbachia для развития своих разнообразных манипуляций с хозяевами и распространения в популяции хозяев другими путями, чем вертикальная передача (рассмотрено в Sicard et al., 2014).

Было обнаружено, что многие наземные изоподы инфицированы вирусом Wolbachia (Bouchon et al., 2008). Филогении как симбионтов, так и хозяев оказались несовместимыми, что позволяет предположить, что Wolbachia могут горизонтально перемещаться между видами и внутри них (Cordaux et al., 2001, 2012; Циммерманн и др., 2015). Такие горизонтальные переносы легко выполняются экспериментально: (i) путем инъекции суспензии яичников (Rigaud et al., 1991; Juchault et al., 1994; Le Clec’ch et al., 2012, 2013, 2014), (ii) путем трансплантация инфицированных тканей (Juchault et al., 1974) (iii) через гемолимфу (инъекция или контакт гемолимфы между поврежденными изоподами) (Rigaud and Juchault, 1995; Le Clec’h et al., 2014) и (iv) каннибализм (Ле Клеч и др., 2013). Как гемолимфатический контакт, так и каннибализм были тщательно исследованы как потенциальные экологические пути горизонтального переноса между наземными изоподами (Rigaud and Juchault, 1995; Le Clec’h et al., 2013, 2014). Эксперименты по каннибализму показали, что Wolbachia способны проходить через стенку кишечника и заражать органы хищника (Le Clec’h et al., 2013). Тем не менее, у хищников были очень низкие инфекционные нагрузки, и многие из них в конечном итоге потеряли инфекцию (Le Clec’h et al., 2013). Наоборот, контакт с гемолимфой приводил к системному заражению всех животных-реципиентов, которые демонстрировали нагрузок Wolbachia , сходных с таковыми у вертикально инфицированных особей, демонстрируя, что этот путь приводит к успешным горизонтальным переносам (Rigaud and Juchault, 1995; Le Clec’h et al., 2014).

После введения Wolbachia интактному хозяину путем инъекции гемолимфы или суспензии яичников многие соматические клетки, включая гемоциты (т. е. иммунные клетки) реципиентов-хозяев, были широко инфицированы Wolbachia , что наблюдалось у естественно инфицированных животных (Braquart- Varnier et al., 2008; Chevalier et al., 2011; Le Clec’h et al., 2014). Это наблюдение поднимает вопрос об избирательном преимуществе Wolbachia в колонизации соматических клеток.В Armadillidium vulgare Genty et al. (2014) выдвинули гипотезу, что многие ооциты будут вторично инфицированы Wolbachia , происходящими из источников соматических клеток во время жизни изопод. Действительно, оптимальная вертикальная передача будет зависеть не только от первичного тропизма зародышевой линии, но также и от сбора примерно клеток Wolbachia , происходящих из соматических тканей, внешних по отношению к гонадам (Faria and Sucena, 2013; Genty et al., 2014). Таким образом, возможно, что вертикальное размножение Wolbachia может зависеть от удаленного резервуара, требующего мобильных векторов, таких как гемоциты, для перемещения Wolbachia из органа-источника в орган-приемник (т.э., яичники) (Rigaud et al., 1991; Rigaud, Juchault, 1995; Chevalier et al., 2011). Гемоциты являются хорошими кандидатами для размножения Wolbachia как (i) между органами индивидуума, так и (ii) между индивидуумами во время горизонтального переноса через контакт гемолимфы . Как у наземных изопод, так и у насекомых, таких как анофелы, Wolbachia были обнаружены в гемоцитах, что позволяет предположить, что использование этих клеток в качестве «клеточных такси» может быть довольно распространенным явлением в мире членистоногих (Chevalier et al., 2011; Хьюз и др., 2011). Однако присутствие живых и заразных Wolbachia продемонстрировано только у наземных изопод. Действительно, сравнение динамики колонизации Wolbachia у наземных изопод после введения аналогичной дозы Wolbachia из суспензии яичников или гемолимфы показало, что последняя обеспечивает более быструю колонизацию соматических и репродуктивных органов (Le Clec’h et al. , 2014). Такая способность гемоцитов действовать как «клеточные таксисты» может быть связана с тем, что 40% из них колонизированы в среднем примерно семью Wolbachia (Chevalier et al., 2011). Поскольку плотность гемоцитов в гемолимфе составляет около 20 000 клеток/мкл, ожидается, что в 30 мкл гемолимфы, содержащейся у взрослого человека, по крайней мере 1,10 6 Wolbachia будут постоянно циркулировать по всему телу хозяина.

Колонизация иммунных клеток может представлять собой первичный шаг для размножения Wolbachia как (i) внутри хозяев, чтобы инициировать и поддерживать системную инфекцию, и (ii) между хозяевами, чтобы способствовать как вертикальной, так и горизонтальной передаче Wolbachia .Решение вопроса о производстве и обновлении инфицированных иммунных клеток в течение жизни хозяина способствует пониманию взаимодействия Wolbachia с хозяином как на уровне организма, так и на уровне окружающей среды. В этой статье мы представляем эмпирические элементы, которые привели к первому подробному анализу потенциальной роли гемопоэтических органов (ГО), участвующих в продукции гемоцитов, в размножении Wolbachia . Для исследования первого этапа колонизации хозяина после введения контаминированных гемоцитов мы провели инъекцию трансплантатов гемолимфы и ГО от животных, инфицированных Wolbachia , интактным.Мониторинг инфекции Wolbachia в органах-реципиентах с помощью просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) и количественной ПЦР показывает, что (i) ГО колонизируются рано и широко, как только они вступают в контакт с Wolbachia , которые обнаруживают в этих клетках благоприятная ниша для размножения и (ii) инфицированные ГО, выбрасывающие гемоциты на протяжении всей жизни, могут затем генерировать и поддерживать системную инфекцию, способствуя увеличению как вертикального, так и горизонтального распространения этих симбионтов.

Материалы и методы

Животные

Armadillidium vulgare особи, использованные в этих экспериментах, были либо инфицированы феминизирующим штаммом Wolbachia ( w VulC) (т. е. симбиотическими) [линиями, происходящими из Helsingör (Дания) или Celles-sur-Belle (Франция) (Rigaud et al., 1991; Cordaux et al., 2004)] или неинфицированные (т.е. асимбиотические) животные [линии, происходящие из Хельсингёра (Дания) или Ниццы (Франция) (Bouchon et al., 1998; Sicard et al., 2010)]. Поскольку самцы A. vulgare обычно не инфицированы Wolbachia (из-за феминизирующей природы этих Wolbachia ), в этом исследовании использовались только самки. Все линии животных выращивались при температуре 20°C в условиях естественного фотопериода с кормом ad libitum .

Введение

Wolbachia путем инъекции гемолимфы

Кутикулы всех животных (доноров и реципиентов), использованных в этих экспериментах, дезинфицировали путем погружения особей на 30 с в 10% раствор гипохлорита натрия с последующим погружением на 30 с в дистиллированную воду, чтобы избежать бактериального загрязнения кутикулы.Трансинфекцию проводили путем инъекции гемолимфы, несущей гемоциты, инфицированные Wolbachia (∼10 4 Wolbachia /мкл). Для сбора гемолимфы кутикулу каждой из симбиотических самок A. vulgare , использованных в качестве доноров, прокалывали дорсально между шестым и седьмым сегментами переиона с помощью иглы, и 10 мкл гемолимфы от 5 инфицированных самок собирали микропипеткой и объединяли в микропробирку хранят на льду, чтобы ограничить коагуляцию гемоцитов.Затем в общую полость асимбиотических особей-реципиентов с помощью шприца Гамильтона вводили 1 мкл гемолимфы, предварительно проколов латерально шестой переионный сегмент.

Интродукция

Wolbachia путем трансплантации ГО

У животных (инфицированных Wolbachia или нет) вырезали ГО, локализованные между шестым и седьмым сегментами периона и первым тельсоновым сегментом вдоль спинного сосуда. Затем их отсасывали тонкой стеклянной пастеровской пипеткой и прививали реципиенту-хозяину (зараженному Wolbachia или нет), у которого отрезали небольшой квадрат кутикулы 2 мм × 2 мм, чтобы можно было ввести Пипетка Пастера с трансплантатом.

Wolbachia Количественная оценка в хостах-реципиентах

После вскрытия тотальная ДНК была извлечена из различных органов каждого реципиента, как описано Kocher et al. (1989). Для каждого образца измеряли концентрацию и качество (соотношения ОП 260/280 нм и 260/230 нм) выделенной ДНК с помощью спектрофотометра Nanodrop 1000 (Thermo). Количественную оценку Wolbachia проводили с помощью количественной ПЦР на образцах ДНК из яичников, нервной цепи, гемоцитов и HO для каждой обработки, собранных через 15 дней после трансинфекции (либо путем инъекции гемолимфы, либо трансплантации HO).Количественное определение Wolbachia также выполняли для всех инокулятов, чтобы измерить инъекционную дозу. Все реакции количественной ПЦР проводили с использованием системы LightCycler 480 (Roche), как описано в Le Clec’h et al. (2012).

Трансмиссионная электронная микроскопия

Для анализа колонизации ГО и других органов Wolbachia с помощью ПЭМ ткани фиксировали (9% глутаральдегида, 0,3 М какодилата натрия, 3% NaCl, об./об./об.) в течение 2 ч при 4°C, затем промывали ( 0,3М какодилата натрия, 3% NaCl, 0.8М сахарозы, об./об./об.) в течение 2 ч при 4°С. Постфиксацию проводили в 4% OsO 4 , 0,3 М какодилата натрия, 5,5% NaCl в течение 45 мин при комнатной температуре. Затем ткани были обезвожены с помощью серии растворов ацетона, пропитаны и залиты смолой (Spurr, Polyscience Inc.). Первые срезы (0,5 мкм) окрашивали 1% раствором толуидинового синего для наблюдения под световой микроскопией. Более тонкие срезы (90 нм) контрастировали инкубацией в 1% уранилацетате в 50% этаноле в течение 1 мин, а затем окрашивали цитратом свинца.Срезы наблюдали с помощью просвечивающего электронного микроскопа (JEM 1010).

Результаты

Торговля гемоцитами в несколько органов

В нескольких органах A. vulgare s, особенно в нервной цепи и в яичниках, мы наблюдали в ТЕМ некоторые гемоциты, перемещающиеся непосредственно в органы. Эти наблюдения показывают прямой контакт между гемоцитами и окружающими клетками, который может способствовать переходу Wolbachia из одного типа клеток в другой (рис. 1).

РИСУНОК 1. Трансмиссионная электронная микроскопия (ПЭМ) наблюдения гемоцитов в яичнике (A) и в нервной цепи ( B ). Wolbachia Торговля гемоцитами.

ГО реципиентов-хозяев сильно колонизированы после горизонтального переноса

Через инъекцию гемолимфы или трансплантацию ГО

Количественное определение Wolbachia с помощью количественной ПЦР у 12 асимбиотических животных-реципиентов через 15 дней после их трансинфекции гемолимфой симбиотических животных показало, что все ткани, собранные (яичники, нервная цепь, гемоциты и ГО) у животных-реципиентов, были инфицированы Wolbachia ( Рисунок 2А).В целом НО были не более колонизированы, чем другие органы (критерий Крускала-Уоллиса незначителен). Однако самая высокая плотность Wolbachia была зарегистрирована в HO (у некоторых особей было обнаружено более 2000 Wolbachia / нг ДНК в HO, в то время как в других тканях никогда не было более 200 Wolbachia / нг ДНК у любых реципиентов).

Рисунок 2 Б) путем трансплантации ГО от симбиотических животных. Различные буквы указывают на существенные различия.

Количественное определение Wolbachia у девяти асимбиотических животных-реципиентов через 15 дней после того, как они получили трансплантацию ГО от симбиотических животных, показало, что все ткани, собранные (яичники, нервная цепь, гемоциты, ГО) у животных-реципиентов, были инфицированы Wolbachia (рис. 2Б). Наблюдаемая картина инфекции близка к картине, наблюдаемой после трансинфекции гемолимфой (рис. 2А). Однако в этом эксперименте плотность Wolbachia была значительно выше в ГО животных-реципиентов, чем в любом другом органе (Краскал-Уоллис: 14 620; P = 0.002).

ГО: привилегированная среда для размножения

Wolbachia ?

Для наблюдения за поведением Wolbachia в клетках ГО ГО, происходящие от 16 наивных животных, были трансплантированы 16 животным, инфицированным Wolbachia . Через 15, 30 и 60 дней после трансплантации образцы трансплантированных органов были взяты у реципиентов-хозяев и исследованы с помощью ПЭМ (рис. 3, 4 и 5). Трансплантация ГО использовалась здесь как экспериментальная процедура для оценки актуальности этого органа как резервуара для Wolbachia .Как и во всех экспериментах по трансплантации, существуют некоторые ограничения в интерпретации, поскольку пересаженные ГО могли утратить свою нормальную функцию и могли быть обнаружены и атакованы иммунным ответом реципиента. Однако мы не наблюдали иммунную реакцию в виде инкапсуляции по отношению к привитым ГО. Начиная с 15-го дня после трансплантации, Wolbachia наблюдались только в адипоцитах, окружающих ГО, но не в самой ГО (рис. 3А). Только количественная ПЦР позволила обнаружить Wolbachia на этой стадии в клетках HOs.Однако гистологическое наблюдение ГО показало, что организация этих органов, происходящих от асимбиотических животных, изменилась при их введении симбиотическим животным: снижена компактность клеток. Такая картина пониженной компактности наблюдалась и в ГО симбиотических животных. Мы предполагаем предполагаемую связь между колонизацией Wolbachia и потерей компактности в HO (рис. 3B, C; Chevalier et al., 2011). Затем, через 30 дней после трансплантации, большее количество клеток привитых ГО были колонизированы Wolbachia (рис. 4А).Колонизированные клетки локализовались на поверхности ГО. Через шестьдесят дней после трансплантации все клетки трансплантированных ГО из центральной области на поверхность были инфицированы несколькими клетками Wolbachia на клетку-хозяин (рис. 4B, C). Мы наблюдали клеток Wolbachia , делящихся в одной и той же вакуоли, что свидетельствует о высокой скорости размножения HO (рис. 5A, B). Интересно, что некоторые клеток Wolbachia , по-видимому, были локализованы внеклеточно между клетками HO, что позволяет предположить, что они могут переходить из одной клетки в другую внеклеточным образом (рис. 5C).Эти наблюдения TEM показали, что наивные HO при пересадке в симбиотическую среду постепенно колонизировались Wolbachia. Таким образом, гемоциты, продуцируемые ГО, инфицированы Wolbachia (не менее 40% из них в Chevalier et al., 2011) и могут распространять инфекцию по всему организму.

РИСУНОК 3. Наблюдения с помощью трансмиссионной электронной микроскопии (A) Wolbachia в адипоцитах, окружающих трансплантированные ГО, через 15 дней после трансплантации; (Б) ГО от асимбиотических животных (В) асимбиотических ГО, привитых в симбиотической среде (15 дней после трансплантации). Н, гемоциты Wolbachia.

РИСУНОК 4. Просвечивающая электронная микроскопия асимбиотической HO, привитой симбиотическим животным (A) 30 дней после трансплантации (B,C) 60 дней после трансплантации. Н, гемоциты Wolbachia.

РИСУНОК 5. Наблюдения с помощью трансмиссионной электронной микроскопии Wolbachia внутриклеточно (A, B) и внеклеточно (C, D) в исходно асимбиотических ГО через 60 дней после трансплантации. Wolbachia Wolbachia Делящаяся внеклеточная Wolbachia.

Обсуждение

Wolbachia является причиной самых распространенных пандемий в животном мире (LePage and Bordenstein, 2013). Этот вторичный факультативный симбионт манипулирует репродукцией своего хозяина, чтобы способствовать его вертикальному размножению (Werren et al., 2008). Однако в течение нескольких лет было продемонстрировано, что Wolbachia , помимо вертикальной передачи, могут передаваться и горизонтально от одного хозяина к другому (Sicard et al., 2014). Представление о том, что Wolbachia является не только репродуктивным паразитом, возникло после того, как было выявлено его влияние на многие физиологические аспекты, не связанные с репродукцией (Saridaki and Bourtzis, 2010; Sicard et al., 2014). Предыдущие исследования взаимодействия Wolbachia с наземными изоподами показали, что присутствие Wolbachia влияет на иммунный фенотип, изменяя многие иммунные параметры, включая активность ПО, плотность гемоцитов и фагоцитоз (Braquart-Varnier et al., 2008; Сикард и др., 2010; Шевалье и др., 2011; Пижо и др., 2014). Кроме того, также было продемонстрировано, что иммунные клетки инфицированы Wolbachia , которые (i) живут в вакуоли, ограниченной несколькими мембранами (Braquart-Varnier et al., 2008; Chevalier et al., 2011), (ii) являются метаболически активными (Chevalier et al., 2011) и (iii) способны заражать новых хозяев после контакта с кровью (Rigaud and Juchault, 1995; Le Clec’h et al., 2014). Для внутриклеточных бактерий жить внутри клеток — хороший способ защититься как от клеточных, так и от гуморальных иммунных эффекторов.Живя в иммунных клетках, Wolbachia будет не только защищена от иммунной системы, но и получит пользу от этого места для распространения. Такая способность активно колонизировать и выживать в иммунных клетках аналогична той, что была описана для Anaplasma , патогена позвоночных, филогенетически близкого к Wolbachia (Rikihisa, 2010; Pruneau et al., 2014).

Наша гипотеза состоит в том, что локализация Wolbachia в гемоцитах может быть адаптивной особенностью.Действительно, эта колонизация может способствовать поддержанию системной инфекции, которая может усилить вертикальную передачу Wolbachia при хронических инфекциях яичников (рис. 6). В контексте горизонтальной передачи присутствие Wolbachia в гемоцитах представляет собой адаптацию к горизонтальному переносу к новым хозяевам через контакт с гемолимфой, путь, который должен часто встречаться в природе из-за стадного поведения наземных изопод и высокая частота ранений животных (Rigaud, Juchault, 1995; Hornung, 2011).Чтобы иметь возможность достигать гемоцитов, которые действуют как «такси» для передачи внутри и между людьми, мы предполагаем, что Wolbachia может нацеливаться на источники гемоцитов: HO. Наши эмпирические данные показали, что ГО имеют тенденцию быть более колонизированными, чем другие органы, всего за короткое время после интродукции Wolbachia .

РИСУНОК 6. Кроветворные органы как основа для размножения Wolbachia . Шесть органов кроветворения локализованы между шестым и седьмым сегментами перикарда и первым тельсоновым сегментом (А) , вдоль дорсального сосуда и подвешиваются под перегородкой перикарда (В,В) .Шесть HO имели длину 150 мкм, ширину 150 мкм и толщину 50–60 мкм (C) . Каждый HO содержал только гемоциты, представляющие различные стадии созревания, наименее зрелые находились в центральной области (C) . ГО выделяют гемоциты в гемолимфу, вероятно, путем диапедеза (D) . У наземных изопод гемолимфа является жизненно важной биологической жидкостью, в частности, участвующей в транспортировке кислорода и циркуляции иммунных клеток в общей полости (E) . Передача Wolbachia также может происходить при контакте гемолимфы между двумя ранеными животными (F) .

Заключение

Поскольку гемолимфа циркулирует по всему телу изопод за счет регулярного сокращения дорсального сосуда, все органы изопод, размещенные в общей полости, находятся в постоянном контакте с гемоцитами (рис. 6). Поскольку гемоциты способны перемещаться между клетками органов, таких как яичники, нервная цепь и т. д., Wolbachia , инфицирующие гемоциты, могут контаминировать клетки во многих органах, включая ГО. В этой гипотезе ГО, продуцирующие гемоциты на протяжении всей жизни (до 3 лет для A.vulgare ) являются краеугольным камнем для поддержания и размножения Wolbachia между наземными изоподами и внутри них (рис. 6).

Финансирование

Эта работа была поддержана Министерством высшего просвещения и исследований и Национальным агентством исследований (ADaWOL ANR-09-JCJC-0109-01 при координации Матье Сикара и ImmunSymbArt ANR-10-BLAN-1701 при координации Дидье Бушон).

Заявление о конфликте интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Мы благодарим Карин Делоне, Катрин Дебенест за их техническую поддержку и ImageUP, платформу для микроскопии Университета Пуатье.

Ссылки

Бушон, Д., Кордо, Р., и Грев, П. (2008). «Феминизация Wolbachia и эволюция определения пола у изопод», в Insect Symbiosis , eds K. Bourtzis and TA Miller (Boca Raton, FL: Taylor and Francis Group), 276–294.

Академия Google

Бушон, Д., Риго Т. и Жюшо П. (1998). Доказательства широко распространенной инфекции Wolbachia у изоподных ракообразных: молекулярная идентификация и феминизация хозяина. Проц. биол. науч. 265, 1081–1090. doi: 10.1098/rspb.1998.0402

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Braquart-Varnier, C., Lachat, M., Herbiniere, J., Johnson, M., Caubet, Y., Bouchon, D., et al. (2008). Wolbachia опосредует изменение иммунокомпетентности хозяина. PLoS ONE 3:e3286.doi: 10.1371/journal.pone.0003286

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Шевалье, Ф., Эрбиньер-Габоро, Дж., Берто, Дж., Раймонд, М., Морель, Ф., Бушон, Д., и др. (2011). Иммунные клеточные эффекторы наземных изопод Armadillidium vulgare : встреча с их захватчиками, Wolbachia . PLoS ONE 6:e18531. doi: 10.1371/journal.pone.0018531

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Комбс, К.(2001). Паразитизм: экология и эволюция интимных взаимодействий . Париж: Массон.

Академия Google

Кордо, Р., Мишель-Сальза, А., и Бушон, Д. (2001). Инфекция Wolbachia у ракообразных: новые хозяева и потенциальные пути горизонтальной передачи. Дж. Эвол. биол. 14, 237–243. doi: 10.1046/j.1420-9101.2001.00279.x

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Кордо, Р., Мишель-Сальза, А., Фрелон-Раймонд, М., Риго, Т., и Бушон, Д. (2004). Доказательства нового феминизирующего штамма Wolbachia у изопод Armadillidium vulgare : последствия для эволюции. Наследственность 93, 78–84. doi: 10.1038/sj.hdy.6800482

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Cordaux, R., Pichon, S., Hatira, H.B., Doublet, V., Greve, P., Marcade, I., et al. (2012). Широко распространенная инфекция Wolbachia среди наземных изопод и других ракообразных. ZooKeys 176, 123–131. doi: 10.3897/zookeys.176.2284

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Эберт, Д. (2013). Эпидемиология и эволюция симбионтов со смешанным типом передачи. год. Преподобный Экол. Сист. 44, 623–643. doi: 10.1146/annurev-ecolsys-032513-100555

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Фариа, В.Г., и Сусена, Э. (2013). Wolbachia в мальпигиевых канальцах: эволюционный тупик или адаптация? Дж.Эксп. Зоол. Б Мол. Дев. Эвол. 320, 195–199. doi: 10.1002/jez.b.22498

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Дженти, Л. М., Бушон, Д., Раймонд, М., и Берто, Дж. (2014). Wolbachia заражают яичники в процессе их созревания: пассажиры в последнюю минуту и ​​пассажиры с приоритетом? PLoS ONE 9:e94577. doi: 10.1371/journal.pone.0094577

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Хорнунг, Э.(2011). Эволюционная адаптация изопод-оницид к наземной жизни: строение, физиология и поведение. Терр. Членистоногие Ред. 4, 95–130. дои: 10.1163/187498311X576262

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Хьюз, Г.Л., Кога, Р., Сюэ, П., Фукацу, Т., и Расгон, Дж.Л. (2011). Инфекции Wolbachia являются вирулентными и подавляют развитие малярийного паразита человека Plasmodium falciparum в Anopheles gambiae . Патог PLoS. 7:e1002043. doi: 10.1371/journal.ppat.1002043

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Жюшо П., Бушон Д. и Риго Т. (1994). Новые данные о феминизирующих бактериях у наземных изопод: эволюционные последствия. CR Acad. науч. Париж III 317, 225–230.

Академия Google

Жюшо, П., Легран, Дж., и Мартин, Г. (1974). Действие interssécifique du facteur épigénétique féminisant responsible de la thélygénie et de l’intersexualité du ракообразных Armadillidium vulgare (Isopode oniscoide). Энн. Эмбр. Превращаться. 7, 265–276.

Kocher, T.D., Thomas, W.K., Meyer, A., Edwards, S.V., Paabo, S., Villablanca, F.X., et al. (1989). Динамика эволюции митохондриальной ДНК у животных – амплификация и секвенирование с консервативными праймерами. Проц. Натл. акад. науч. США 86, 6196–6200. doi: 10.1073/pnas.86.16.6196

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Ле Клеч, В., Бракар-Варнье, К., Раймонд, М., Ферди, Дж. Б., Бушон, Д., и Сикард, М.(2012). Высокая вирулентность Wolbachia после смены хозяина: когда аутофагия вредит. Патог PLoS. 8:e1002844. doi: 10.1371/journal.ppat.1002844

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Ле Клеч, В., Шевалье, Ф.Д., Женти, Л., Берто, Дж., Бушон, Д., и Сикард, М. (2013). Каннибализм и хищничество как пути горизонтального перехода Wolbachia между наземными изоподами. PLoS ONE 8:e60232. doi: 10.1371/журнал.пон.0060232

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Ле Клеч, В., Раймонд, М., Бушон, Д., и Сикард, М. (2014). Сила патогенности, вызванная феминизацией Wolbachia после пересадки новому хозяину: эффект штамма или дозы? J. Беспозвоночный. Патол. 116, 18–26. doi: 10.1016/j.jip.2013.12.003

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Пижо, Р., Бракар-Варнье, К., Маркад, И., Маппа Г., Моттин Э. и Сикард М. (2014). Модуляция иммунитета хозяина и размножение горизонтально приобретенной Wolbachia . J. Физиология насекомых. 70, 125–133. doi: 10.1016/j.jinsphys.2014.07.005

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Пруно, Л., Мумен, А., Мейер, Д., Марселино, А., Лефрансуа, Т., и Вашьери, Н. (2014). Понимание патогенеза Anaplasmataceae с использованием «омических» подходов. Перед. Клетка. Заразить. микробиол. 4:86. doi: 10.3389/fcimb.2014.00086

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Риго Т. и Жюшо П. (1995). Успех и неудача горизонтальных переносов феминизирующих эндосимбионтов Wolbachia у мокриц. Дж. Эвол. биол. 8, 249–255. doi: 10.1046/j.1420-9101.1995.8020249.x

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Риго, Т., Моккар, Дж. П., Жюшо, П., Сути-Гроссе, К., и Раймонд, Р. (1991).Феминизирующий эндоцитобиоз у наземных ракообразных Armadillidium vulgare Latr. (Isopoda): недавние приобретения. Эндоцитол. Сотовый рез. 7, 259–273.

Академия Google

Сикард, М., Шевалье, Ф., Де Влешувер, М., Бушон, Д., Греве, П., и Бракар-Варнье, К. (2010). Вариации иммунных параметров у наземных изопод: пол, возраст и Wolbachia . Naturwissenschaften 97, 819–826. doi: 10.1007/s00114-010-0699-2

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Сикард, М., Диттмер Дж., Грев П., Бушон Д. и Бракар-Варнье К. (2014). Хозяин как экосистема: Wolbachia справляется с ограничениями окружающей среды. Окружающая среда. микробиол. 16, 3583–3607. дои: 10.1111/1462-2920.12573

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Вайнерт, Л. А., Араужо-младший, Э. В., Ахмед, М. З., и Уэлч, Дж. Дж. (2015). Распространенность бактериальных эндосимбионтов у наземных членистоногих. Проц. Р. Соц. Б биол. науч. 282, 20150249.doi: 10.1098/rspb.2015.0249

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Кроветворная стволовая клетка и ее ниша: сравнительный обзор

  1. Джулиан А. Мартинес-Агосто1,2,
  2. Ханна К.А. Миккола3,4,5,
  3. Фолькер Хартенштейн3 и
  4. Утпал Банерджи3,4,5,6,7
  1. 1 Кафедра генетики человека и кафедра педиатрии, Медицинская школа Дэвида Геффена, Калифорнийский университет в Лос-Анджелесе Анджелес, Лос-Анджелес, Калифорния

    , США;
  2. 2 Детская больница Mattel, Калифорнийский университет в Лос-Анджелесе, Лос-Анджелес, Калифорния

    , США;
  3. 3 Факультет молекулярной, клеточной и биологии развития Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, Лос-Анджелес, Калифорния

    , США;
  4. 4 Институт биологии и медицины стволовых клеток Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, Лос-Анджелес, Калифорния

    , США;
  5. 5 Институт молекулярной биологии Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, Лос-Анджелес, Калифорния

    , США;
  6. 6 Факультет биологической химии Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, Лос-Анджелес, Калифорния

    , США

Аннотация

Стволовые клетки были идентифицированы как источник практически всех высокодифференцированных клеток, которые пополняются в течение жизни. животного.Критический баланс между популяциями стволовых и дифференцированных клеток имеет решающее значение для долгосрочного поддержания функциональных типов тканей. Стволовые клетки поддерживают этот баланс, выбирая одну из нескольких альтернативных судеб: самообновление, приверженность дифференцироваться, старение или гибель клеток. Эти характеристики составляют основные критерии, по которым эти клетки обычно определяется. Свойство самообновления имеет важное значение, так как оно позволяет в течение длительного времени производить соответствующие дифференцированные клеток на протяжении всей жизни животного.Микросреда, поддерживающая стволовые клетки, обычно называется как ниша стволовых клеток. В этом обзоре мы сначала представляем некоторые общие понятия о стволовых клетках и их нишах, сравнивая стволовые клетки разных видов из разных организмов, а во второй части мы сравниваем конкретные аспекты кроветворения и ниши, поддерживающие гемопоэз у дрозофилы , рыбок данио и мышей.

Особенности развития стволовых клеток и их ниши

У планарий плюрипотентные клетки, называемые необластами, могут давать начало всем типам клеток в ответ на повреждение, и эти клетки сохраняются во взрослом организме (Reddien and Alvarado 2004).Всего лишь 10 000 клеток способны регенерировать все недостающие ткани из небольшой популяции необластов (Montgomery and Coward 1974; Saló 2006). Точно так же растения обладают клетками, происходящими из меристемы, которые могут быть перепрограммированы во все типы клеток (Verdeil et al. 2007). Они представляют собой плюрипотентные популяции стволовых клеток, которые сохраняются на протяжении всей жизни организма и контрастируют с с мышиными и человеческими эмбриональными стволовыми (ЭС) клетками, которые также являются плюрипотентными, но получены из клеток, обнаруживаемых только временно в развивающемся эмбрионе.Определения стволовых клеток по необходимости зависят от контекста и организма. Например, в короткоживущая плодовая муха дрозофила нейробласты, дающие начало всем типам нервных клеток во взрослом мозге, лишь временно присутствуют во время развития и вымирают во время метаморфоза (Урбах и Технау, 2004). Напротив, эмбриональные нейробласты долгоживущего сверчка сохраняются у взрослых особей и сохраняются на протяжении всей жизни. протяжение насекомого, сродни нейральным стволовым клеткам мозга взрослых млекопитающих (Cayre et al.2007). Таким образом, настойчивость на протяжении всей жизни не является единственным определяющим критерием устойчивости.

Биологи развития давно определили клетки-предшественники как клетки с пролиферативной способностью, которые могут или не могут быть коммитированы. к выбору линии, но не окончательно дифференцированы. Тип клеток-предшественников обычно, хотя и не всегда, постмитотический. но имеет возможность принять одну из нескольких различных судеб.Например, глаз дрозофилы развивается из слоя эпителия, известного как глазной диск, который включает группу гомогенных клеток-предшественников, коммитированных судьбе в глазах (Воас и Ребай, 2004). Как только такие клетки пересекают морфогенетический фронт, они становятся постмитотическими предшественниками, которые все еще обладают способностью дифференцироваться. во многие нейрональные и ненейрональные типы клеток (Nagaraj and Banerjee 2003; Wernet and Desplan 2004). Ни эти предшественники, ни предшественники не называются стволовыми клетками, так как они не следуют некоторым важным принципам поведения. зарезервировано для таких ячеек.Таким образом, обладание полипотенциальной дееспособностью также не является достаточным критерием для отнесения в виде стволовой клетки (рис. 1).

Фигура 1.

Стволовые клетки в контексте развития. ( A C ) Эмбрионы состоят из митотически делящихся клеток, называемых предшественниками. Прогениторы могут быть плюрипотентными (т.г., бластомеры у млекопитающих эмбрионы) или мультипотентные (например, эктодерма или мезодерма). ( D ) На более поздних стадиях развития клетки выходят из митотического цикла. Эти клетки, обычно называемые предшественниками, могут быть мультипотентными. (например, клетки имагинальных дисков у Drosophila ). В какой-то момент предшественники становятся преданными определенной судьбе и дифференцируются. ( E ) Стволовые клетки (например, HSCs) развиваются из эмбриональных предшественников, выход которых из митотического цикла предотвращается специфическим микросреды, называемые нишами.( F ) Во взрослом организме стволовые клетки подвергаются асимметричным клеточным делениям и производят митотически активные дочерние клетки, также называемые предшественники («транзиторные амплифицирующиеся клетки»).

На самом деле стволовыми клетками обычно называют лишь небольшое подмножество клеток-предшественников. Например, гемопоэтические стволовые клетки (ГСК). (Ву и др.1967, 1968), возможно, наиболее хорошо описанная популяция стволовых клеток у млекопитающих, возникает из временно возникающего мезодермального предшественника, который не классифицируется как стволовая клетка (рис. 1). Поскольку не все критерии могут быть соблюдены для всех классов стволовых клеток, важно установить минимальный набор, который позволил бы один для определения стволовой клетки и ее экологической ниши. Наиболее строгие определения, возможно, были разработаны для кроветворной системы млекопитающих. систему, которую мы используем здесь как отправную точку для изучения вариаций на эту тему.

Критерии, установленные в качестве требований при определении HSC, включают (1) мультипотентность и асимметричное деление клеток как средства дают начало нескольким типам клеток; (2) покой и медленное самообновление, обеспечивающее долгую жизнь; (3) зависимость от ниши и способность сохранять недифференцированное состояние при наличии такой ниши; и (4) долгосрочная репопуляция и способность приживаться in vivo и восстанавливать ткань после трансплантации.

Потенциал

Определение стволовой клетки неизбежно требует оценки ее способности давать начало ряду дифференцированных потомство. Этот потенциал может различаться у разных типов тканей, а также в зависимости от происхождения и потребности конкретного типа стебля. ячейка (рис. 2). Тотипотентные стволовые клетки определяются как те, которые могут давать начало всем тканям в организме.ES-клетки в значительной степени удовлетворили бы этому критерию, но обычно их называют плюрипотентными, так как они происходят из внутренней клеточной массы эмбриона и дают начало ко всем тканям in vivo, кроме трофобластов (Rossant 2006). Фактически, ЭС клетки также могут генерировать трофобласты in vitro, демонстрируя уникальную пластичность этих клеток и вероятность что они действительно представляют добросовестную популяцию стволовых клеток (Schenke-Layland et al. 2007). С точки зрения развития не требуется, чтобы ЭС клетка сохранялась на протяжении всей жизни, и пока нет четких доказательств. существует для ниши, которая поддерживает их.На самом деле, только когда ЭС клетки выращивают в лаборатории, они, по-видимому, самообновляются. бесконечное использование клеточных или неклеточных субстратов в качестве ниши. В отличие от ЭС клеток, взрослые стволовые клетки более ограничены. в их потенции. ГСК представляют собой классический пример мультипотентной стволовой клетки, которая может давать начало большому репертуару. дифференцированных типов клеток, принадлежащих к лимфоидному и миелоидному росткам. Однако стволовые клетки также могут быть унипотентными, если они способны давать начало только одному типу клеток, который постоянно вырабатывается на протяжении всей жизни организма.Наиболее хорошо описанным примером является стволовая клетка зародышевой линии (GSC), которая может генерировать единственную дифференцированную клеточную судьбу: либо яйцеклетку или сперматозоид. В то время как активность может использоваться в качестве критерия для определения стволовой клетки, функциональные потребности каждой ткани будут определять спектр генерируемых типов клеток. Поэтому правомерно называть клетку стволовой клеткой, даже если она генерирует только один тип клетки. Недавние исследования показывают, что потенцию можно перепрограммировать, вмешиваясь в эпигенетическое состояние клетки.Например, фибробласты кожи могут быть перепрограммированы, чтобы давать все типы клеток мыши, если белки, связанные со стволовостью ЭС, экспрессируется в этих клетках (Maherali et al. 2007; Okita et al. 2007; Wernig et al. 2007). Эта новая концепция клеточного перепрограммирования демонстрирует динамическую и обратимую природу потенции.

Фигура 2.

Эффективность стволовых клеток. ( A ) ЭС клетки эмбрионов млекопитающих являются плюрипотентными. ( B ) Мультипотентные взрослые стволовые клетки могут давать начало множеству различных клонов (например, HSCs). ( C ) Унипотентные взрослые стволовые клетки продуцируют клетки одного типа (например, GSCs).

Асимметричное деление клеток

В каноническом представлении стволовая клетка представлена ​​как такая, которая делится асимметрично, чтобы произвести копию себя и вторую клетка, находящаяся на пути дифференцировки (рис.3). Эта вторая клетка может иметь одну из многих характеристик в зависимости от контекста ее развития. В некоторых случаях эта клетка будет типом предшественника, который подвергается терминальной дифференцировке. Например, в желудочковой зоне развивающегося кора головного мозга позвоночных, нервные стволовые клетки делятся асимметрично, давая начало потомству, которое будет дифференцироваться при миграции в соответствующий корковый слой (Rakic ​​2006). Альтернативно, клетка, полученная в результате асимметричного деления, сама может быть предшественником, который амплифицируется, а затем дифференцируется. в один из многих типов клеток.Такие клетки-предшественники часто называют транзиторными амплифицирующими (ТА) клетками. Эти клетки имеют конечным пролиферативным потенциалом, и в конце концов истощают себя, как только дают начало дифференцированному потомству. Например, в эпителии тонкой кишки мыши стволовые клетки дают начало клеткам ТА, которые затем дифференцируются в различные типы клеток. крипт ворсинок (Leedham et al. 2005). Клетки-предшественники ТА в коже можно отличить по их экспрессии кератина-15 от стволовых клеток, экспрессирующих p63. откуда они происходят (Tiede et al.2007). Точно так же эпителий роговицы мыши содержит популяцию стволовых клеток в лимбе, которые экспрессируют молекулярные маркеры. отсутствует в клетках ТА центрального эпителия роговицы (Zhou et al. 2006). Наконец, асимметричное клеточное деление стволовой клетки может создать копию самой себя и вторую стволовую клетку с более ограниченный потенциал самообновления. Примером этого служат кратковременные репопуляции предшественников костей позвоночных. костный мозг (Моррисон и др.1995). Истинный HSC, так же как и созданный, обладает одним и тем же потенциалом; однако только один способен к длительному восстановление костного мозга взрослого человека.

Рисунок 3.

Динамика стволовых клеток. Стволовые клетки образуются в эмбрионе. Они сохраняются в определенных нишах, где они могут оставаться митотически. затишье на длительное время.Стволовые клетки увеличивают свое количество, поскольку они самообновляются путем симметричного деления. Они также могут поддерживают свою численность и производят быстро делящихся предшественников путем асимметричного деления.

В действительности асимметричное клеточное деление чаще предлагалось в качестве концепции, чем это было продемонстрировано прямым наблюдением.Асимметричное клеточное деление было наиболее убедительно доказано в поколении дрозофилы g ermline. Несмотря на то, что между мужскими и женскими зародышевыми линиями есть много общего, существуют различия в механизмах, которые регулируют асимметричное клеточное деление каждой стволовой клетки (Fuller and Spradling 2007). В обеих зародышевых линиях, когда стволовая клетка подвергается клеточному делению, митотическое веретено ориентируется под прямым углом к ​​клеткам. ниши, позволяя одной клетке оставаться в контакте с нишей, в то время как другая удаляется и дифференцируется.в Drosophila testis, по мере деления стволовой клетки центросома мигрирует в кору, где клетка прикрепляется к так называемым узловым клеткам. По мере деления клетки дуплицированная центросома мигрирует на противоположную сторону клетки, в то время как центросома, которая изначально присутствовал в стволовой клетке, наследуется асимметрично и остается в ближайшей к нише дочерней клетке. Дочерняя центросома сохраняется клеткой, которая дифференцируется в сперматозоид (Yamashita et al.2007). Эта асимметричная локализация центросом устанавливает ориентацию митотического веретена перпендикулярно ступице. и, таким образом, определяет асимметричное поведение в нише стволовых клеток и гарантирует, что обновленная стволовая клетка остается в тесном контакте. контакт с нишей. В яичнике дрозофилы (рис. 4) ориентация митотического веретена опосредована спектросомой, структурой, состоящей из белков цитоскелета, расположенных на апикальной стороне стволовой клетки, где она взаимодействует с нишевыми клетками (кэп-клетками) через компоненты внеклеточного матрикса (Лин и Спрадлинг, 1995; Дэн и Лин, 1997).Поскольку спектросома всегда сохраняется в стволовой клетке, она определяет ось асимметрии и позволяет поддерживать популяции стволовых клеток.

Рисунок 4.

Структура и функция ниши в яичнике дрозофилы . ГСК находятся в тесном контакте с группой соматических клеток, называемых кэп-клетками, которые составляют нишу.нишевый сигналы — среди них гомолог BMP2/4 Dpp и Hh — поддерживают самообновление и ингибируют дифференцировку GSCs. Вместе с структурных белков, таких как Е-кадгерин, и цитоскелетных комплексов, эти сигналы также контролируют вертикальную ориентацию митотическое веретено. В результате такой ориентации веретена одна из двух дочерних клеток GSC будет вытеснена из ниши и входят в путь, ведущий к дифференцировке гаплоидных ооцитов и питающих клеток.

Другие формы прямого доказательства асимметричного клеточного деления исходят из иммунолокализации продуктов, которые могут быть дифференциально распределяется между двумя дочерними клетками. В хорошо изученных примерах как у позвоночных, так и у беспозвоночных апикально-базальные комплексы полярности могут быть обнаружены асимметрично расположенными в нейробласте, и при делении клетки такие комплексы могут вызывать асимметричное распределение детерминант клеточных судеб, таких как Numb, компонент пути Notch (Yu et al.2006). Дополнительные уровни регуляции могут быть обеспечены асимметричным распределением нескольких идентифицированных белков во время предшественников. клеточное деление (Кноблих, 2001; Бетшингер и Кноблих, 2004). Асимметричное деление клеток во время кроветворения человека наблюдалось in vitro только путем выявления дифференциально распределенных маркеров в дочерней клетке HSC (Beckmann et al., 2007) и путем анализа потенциала развития этой дочерней клетки (Ema et al.2000 г.; Гибель и др. 2006). Асимметричное клеточное деление еще не было замечено или установлено во многих онтогенетических нишах, например, в зародышевой линии Caenorhabditis elegans , Drosophila гемопоэтическом органе и кишечных криптах мышей.

Самообновление и покой

Отличительной чертой стволовой клетки является ее способность давать начало большому количеству дифференцированных клеток в течение продолжительных периодов времени.Чтобы достичь этого, такие клетки не только самообновляются посредством асимметричных делений, как описано выше, они также могут расширять свои популяции путем симметричного деления клеток (рис. 3). Большинство стволовых клеток нечасто циклируются, и их относительный покой считается важным аспектом их жизнедеятельности. личность. Нечастая пролиферация стволовых клеток важна для поддержания тканевого гомеостаза, а также предотвращает их накопление. избыточных онкогенных явлений, которые могут возникать из-за ошибок, возникающих при пожизненном самообновлении.Цикл эмбриональных стволовых клеток мышей активно, поскольку они расширяются, чтобы засеять дополнительные участки окончательного приживления. Однако, как только их количество оптимально достигнуто, через 3 недели после рождения мышиные эмбриональные HSC становятся неподвижными, особенно в костном мозге. Некоторые данные свидетельствуют о том, что Различие в способности к самообновлению фетальных и взрослых ГСК носит клеточный характер и связано со стадией их развития. (Боуи и др., 2007).Молекулярные пути, необходимые для регуляции этого самообновления, могут также включать реципрокные взаимодействия между HSC и свою нишу. Например, нарушение регуляции самообновления и, в конечном итоге, миелопролиферативное расстройство вызываются элиминацией гена ретинобластомы как в миелоидных клетках, так и в их нише, но не тогда, когда он удаляется в одной или другой по отдельности. (Уокли и др., 2007b). Точно так же аргонавтоподобный белок Piwi необходим как клеткам крышки ниши, так и стволовым клеткам для поддержания надлежащей среды стволовых клеток яичника дрозофилы (Szakmary et al.2005). Это семейство факторов Piwi стало ключевым регулятором самообновления стволовых клеток у разных видов (Seto et al. 2007), от необластов у планарий (Reddien et al. 2005) до Drosophila (Cox et al. 2000). ) и человеческие (Qiao et al. 2002) зародышевые линии.

Несколько технологий отслеживания импульсов использовались для измерения степени покоя стволовых клеток. Клетки, претерпевающие митотическое деление могут быть изучены непосредственно посредством анализа маркеров клеточного цикла, таких как бромдезоксиуридин (BrdU) и фосфо-гистон h4.Один элегантный метод использует соматическую рекомбинацию неактивных аллелей в клетках, подвергающихся митозу, для получения маркера lacZ исключительно в митотической клетке, который затем сохраняется во всем ее потомстве (Harrison and Perrimon 1993). Этот метод идентифицировал популяцию стволовых клеток в тканях, где стволовые клетки являются единственной клеткой, которая непрерывно делится. но нечасто, например, в средней кишке взрослых Drosophila (Ohlstein and Spradling 2006) и в зародышевой линии (Margolis and Spradling 1995).Но у C. elegans обнаружено, что стволовые клетки легко теряют BrdU из-за разбавления, что указывает на частые циклы самообновления (Crittenden et al. 2006). В одном популярном методе импульсной маркировки используется слияние долгоживущего белка гистона h3B с GFP (h3B-GFP), которое включает в нуклеосому после каждого клеточного деления. Предоставление импульса экспрессии h3B-GFP позволяет непосредственно наблюдать за состоянием покоящегося клетка, которая сохраняет метку через некоторое время, в то время как клетка, которая часто делится, в конечном итоге разбавляет свое содержание h3B-GFP.При особенно элегантном использовании этого метода экспрессия h3B-GFP в клетках волосяного фолликула мыши привела к выявление покоящейся популяции стволовых клеток в так называемой области выпуклости. Примечательно, что эти стволовые клетки могут быть легко идентифицируется по стойкости удержания h3B-GFP до 4 мес. после первоначального импульса экспрессии (Tumbar et al. 2004; Lowry et al. 2005). Стоит отметить, что для включения метки требуется как минимум одно клеточное деление, что может помешать идентификации. из самых покоящихся стволовых клеток в популяции.В целом, состояние покоя, по-видимому, является общей чертой стволовых клеток. хотя скорость, с которой эти клетки делятся, может варьироваться в зависимости от контекста.

Постоянство и репопуляция

ГСК обладают уникальной способностью покидать ткань своего происхождения, попадать в кровоток, идентифицироваться и, в конечном итоге, перемещаться в доступная ниша в другом месте на раннем этапе развития (Quesenberry et al.2005). Кроме того, у взрослых они могут покидать костный мозг и возвращаться в него с помощью механизмов самонаведения (Bhattacharya et al. 2006). Эти свойства свойственны исключительно циркулирующим стволовым клеткам и поэтому не могут рассматриваться как общие критерии. Тем не менее, имея возможность разрушать существующие стволовые клетки и реконструировать их репертуар посредством трансплантация сублетально облученным мышам позволила разработать наиболее ценный анализ in vivo для установления функциональные возможности репопуляционных клеток SCID человека (Lapidot et al.1992). У мышей трансплантация небольшого количества или даже одной клетки способна заселить весь костный мозг. компартмент (Spangrude et al. 1988; Osawa et al. 1996; Krause et al. 2001). Эти анализы не возможны для всех типов стволовых клеток и, таким образом, ограничены их технологическими возможностями. Однако, восстановление стволовых клеток было достигнуто в коже мышей (Terunuma et al. 2004), HSCs у рыбок данио (Traver et al. 2003, 2004) и при восстановлении сперматогенеза после трансплантации сперматогониальных стволовых клеток (Brinster 2002).Хотя трансплантация стволовых клеток пока невозможна во всех системах, технологические достижения могут в конечном итоге позволить перенос стволовых клеток во все ткани, из которых они происходят, и в сочетании с их соответствующей нишей установить их восстановительный потенциал в качестве мощного критерия их стволовости.

Нишевая зависимость

Ключевые свойства стволовых клеток, такие как их способность к самообновлению и развитию, можно контролировать неавтономным образом. их клеточным микроокружением.Такое микроокружение обычно называют нишей стволовых клеток (рис. 3). Как и в случае самих стволовых клеток, критерии, определяющие ниши, не являются неизменными. С точки зрения В биологии развития практически все дифференцированные клетки приобретают свою судьбу посредством некоторых сигнальных взаимодействий с соседними клетками. клетки. Даже у C. elegans , где линия инвариантна в нормальных условиях, клеточная судьба не лишена пластичности, и плюрипотентные предшественники часто приводит к другой судьбе при обнаружении в новой микросреде (Albertson et al.1978). Поэтому бесполезно автоматически называть микроокружение, из которого изначально возникает каждая стволовая клетка. из группы предшественников в качестве ниши, даже если такая микросреда развития участвует в экстенсивном межклеточном взаимодействии. Ниша — это группа клеток, которая позволяет стволовой клетке сохранять свою идентичность (Scadden 2006). Клетки ниши предотвратят потерю ранее указанной клеткой своей стволовости из-за потери покоя и активности. или ранняя дифференцировка.В лучших демонстрациях ниши, специфического сигнального пути или молекулы клеточной адгезии идентифицируется, что позволяет нишевым клеткам поддерживать контакт со стволовыми клетками и, как правило, при отсутствии такого механизма, стволовые клетки покидают свою нишу и либо делятся, либо дифференцируются, либо апоптозируются (Scadden 2006).

Может существовать несколько различных стратегий развития, по которым нишевые клетки отличаются от популяции стволовых клеток. они поддерживают (рис.5). Начнем с того, что стволовые клетки могут просто выживать автономно, сохраняя стволовость друг друга. Например, непонятно если клетки эмбриональной внутренней клеточной массы нуждаются в нише для своего поддержания или если взаимодействие между стволовыми клетками затруднено. достаточно для поддержания этой популяции in vivo (Biswas and Hutchins 2007). В норме ЭС клеткам, происходящим из внутренней клеточной массы, требуется слой клеток фибробластов (фидерный слой) для поддержания их активности. самообновление в культуре.Однако в условиях культивирования in vitro, когда этот фидерный слой удаляется, но кондиционирование В среду добавляют FGF, сообщалось, что ES-клетки дают фибробластоподобные клетки, которые секретируют IGF-1 и TGF-β, которые затем позволяют другим ES клеткам самообновляться и поддерживаться (Bendall et al. 2007). Эти результаты in vitro можно интерпретировать как предположение о том, что одна популяция клеток дает начало как нише, так и стволовые клетки, которые они поддерживают.Эта работа предполагает, что, по крайней мере in vitro, ES-клетки могут генерировать популяцию фибробластоподобных клеток. клеток, которые продуцируют сигналы, поддерживающие расширенное самообновление и плюрипотентность ЭС клеток.

Рисунок 5.

Отношения развития стволовых клеток и их ниш. Стволовые клетки, нишевые клетки и их зачатки изображены на разные цвета (см. код цвета в внизу слева ).( A ) Пул стволовых клеток создает свою собственную нишу. Например, клетки внутренней клеточной массы у зародыша преходящи in vivo, но могут генерировать ЭС клетки при культивировании in vitro с фидерными слоями, которые поддерживают свое самообновление. При соответствующей культуре В условиях ES-клетки могут давать фибробластоподобные клетки, которые могут действовать как ниша для поддержания самообновления. ( B ) Стволовые клетки и ниша происходят из одного и того же эмбрионального зачатка.Показанный пример: Drosophila кроветворный орган (лимфатическая железа). Пул и ниша стволовых клеток (PSC) возникают в кардиогенной мезодерме эмбриона. То Экспрессия специфических факторов транскрипции (Antp) определяет судьбу субпопуляции кардиогенных мезодермальных клеток как предполагаемый ПСХ, а остальные клетки формируют пул стволовых клеток крови. Обе линии остаются отдельными. ( Нижняя панель ) В личиночных лимфатических железах клетки, прилегающие к PSC, действуют как стволовые клетки крови и образуют плотно упакованные, медленно пролиферирующая медуллярная зона; к периферии (зона коры) клетки быстрее пролиферируют и дифференцируются в кровяные клетки.( C ) Стволовые клетки и ниша происходят из разных, пространственно разделенных зачатков. Пример: орган кроветворения млекопитающих (костный мозг). Стволовые клетки крови (СКГ) происходят из части эмбриональной мезодермы, называемой мезодермой AGM. ГСК мигрируют через кровеносные сосуды к кости. Остеобласты, происходящие из костных зачатков, выполняют роль ниши. ( D ) Стволовые клетки и ниша происходят из разных, смежных зачатков. В эпителии кишечника млекопитающих ствол кишечника клетки составляют неотъемлемую часть энтодермального эпителия и располагаются на границе между ворсинками и криптами.Имеющиеся данные свидетельствуют о том, что соседние мезенхимальные клетки, происходящие из внутренностной мезодермы, окружающей энтодерму, функционируют как ниша.

Ниша и стволовые клетки могут происходить из одной и той же популяции предшественников, как в случае происхождения ГСК и эндотелиальных клеток. клетки дорсальной аорты, имеющие общего предка в своем происхождении (Jaffredo et al.1998) и плацента у мышей (Gekas et al. 2005). Сосудистый эндотелий затем служит нишей для поддержания этой популяции клеток на пути к другим участкам. дефинитивное кроветворение (Николова и др., 2007). Клетки гемопоэтической ниши Drosophila развиваются из пула предшественников, общих с возможными предшественниками клеток крови, но клетки ниши и гемоциты, которые они поддерживают, специфицируются независимо друг от друга во время эмбриогенеза (Mandal et al.2007). Наконец, ниша может быть получена полностью отдельно от стволовой клетки, как в случае гемопоэтических клеток костного мозга. ниша, которая использует сигналы, полученные от остеобластов и мезентимальных стромальных клеток, оба из которых, хотя и мезодермальные, имеют отличное от HSC происхождение в развитии (Wilson and Trumpp 2006).

Хотя концепция ниши была первоначально предложена Schofield (1978) в гематопоэзе мыши, вероятно, справедливо будет сказать, что сигнальные свойства клеток ниши in vivo были обнаружены впервые. в зародышевой линии беспозвоночных. GSC самцов дрозофилы делятся асимметрично, давая начало одной стволовой клетке и одному гониобласту, которые инициируют дифференцировку (Yamashita et al. 2005). У взрослых самцов семенники соматический апикальный узел окружают от восьми до 10 GSC. Хаб функционирует как ниша стволовых клеток, секретируя сигнальный лиганд Unpaired (Upd) (Tulina and Matunis 2001). Upd связывается с трансмембранным рецептором Domeless, активируя янус-киназу Hopscotch и фактор транскрипции STAT92E. (Арбузова и Зейдлер, 2006).Интересно, что путь JAK-STAT также регулирует гемопоэз у Drosophila (Krzemien et al. 2007), указывая на то, что этот путь является обычным механизмом передачи сигналов ниши также и в соматических тканях. В яичнике Drosophila (Fig. 4) два-три GSCs расположены рядом с колпачковыми клетками на дистальном конце гермария (Fuller and Spradling 2007). Кэп-клетки обеспечивают сигнальные молекулы, такие как Decapentaplegic (Dpp; Drosophila ортолог BMP-2), которые регулируют самообновляющиеся и недифференцированные свойства GSCs (Xie and Spradling 1998).Каждая стволовая клетка делится асимметрично с образованием дифференцированного цистобласта, который в конечном итоге становится частью яйцеклетки. после нескольких циклов клеточного деления. Если один GSC удаляется посредством инактивации пути Dpp, оставшиеся GSC делятся. симметрично, чтобы произвести дополнительный GSC для его замены, а не асимметрично, как это обычно делается для создания цистобласт (Xie and Spradling 2000). Это продемонстрировало, что GSCs яичника действительно находятся в нише, которая регулирует их поддержание.Аналогичная роль для сигнальный путь BMP в поддержании и самообновлении стволовых клеток был показан во многих других системах. Например, БМП необходимы для поддержания ЭС клеток (Ying et al. 2003). Напротив, передача сигналов BMP в костном мозге мышей отрицательно регулирует размер ниши, что, в свою очередь, влияет на Самообновление и количество HSC (Zhang et al. 2003). В других системах, таких как зубной эпителий (Wang et al. 2007), кишечный эпителий (He et al.2004) и стволовых клеток волосяного фолликула (Kobielak et al. 2007), передача сигналов BMP необходима для поддержания их покоя. В этих системах BMP регулирует экспрессию и функцию белков Wnt, которые необходимы для поддержания стволовых клеток (Reya and Clevers 2005).

В зародышевой линии C. elegans митотически активные незрелые зародышевые клетки, расположенные на ее дистальном конце, смещаются проксимальнее вновь генерируемыми клетки и постепенно превращаются в гаметы.Клетки, расположенные на дистальном конце, непосредственно прилегают к так называемой соматические клетки дистального конца (DTC), которые, используя путь Notch, необходимы для поддержания митоза в этой популяции. (Остин и Кимбл, 1987). Передача сигналов Notch регулирует пумилио- и наноподобные РНК-связывающие белки, которые подавляют экспрессию факторов дифференцировки. и способствуют митозу в стволовых клетках (Hansen et al. 2006). Интересно, что аналогичные белки, участвующие в контроле трансляции, также необходимы для поддержания стволовых клеток у планарий. (Сальветти и др.2005), яичник Drosophila (Wang and Lin 2004), зародышевую линию млекопитающих (Xu et al. 2007) и ГСК (Spassov and Jurecic 2003). В зародышевой линии C. elegans было высказано предположение, что около пяти клеток, которые находятся в наиболее непосредственном контакте с DTC, вероятно, представляют собой стволовые клетки. клеточной популяции, при этом DTC служит нишей, регулирующей их поддержание (Kimble and Crittenden 2007). Из этих и других исследований возникла общая концепция, согласно которой нишевые клетки передают сигналы непосредственно стволовой клетке, чтобы для поддержания его потенции и недифференцированного состояния.

В результате сравнительных исследований различных тканеспецифических типы стволовых клеток. К ним относятся использование молекул клеточной адгезии для поддержания контакта или непосредственной близости между нишами. и стволовые клетки (Gonzalez-Reyes 2003), асимметричное распределение сигнальных молекул и их рецепторов (Morrison and Kimble 2006), сопоставление дифференцирующихся предшественников между дифференцированными клетками и стволовыми клетками (Díaz-Flores et al.2006) и контакт с внешней средой (Scadden 2006). Возможно, наиболее поразительной является неоднородность физических отношений между стволовой клеткой и ее нишей в разных организмы. В зародышевой линии C. elegans DTC расширяет длинные тонкие отростки длиной в несколько диаметров клетки, которые охватывают потенциальные стволовые клетки. и временно усиливающиеся клетки, которые они генерируют (Crittenden et al. 2006). Это похоже на кроветворный орган дрозофилы , лимфатическую железу, где клетки из ее ниши отходят длинными тонкими отростками, которые переплетаются с недифференцированными стволовые клетки покоящейся мозговой зоны (Mandal et al.2007). В зародышевой линии дрозофилы молекулы клеточной адгезии, а не клеточные процессы, необходимы для зависимой от ниши регуляции стволовых клеток. функция. Удаление этих молекул клеточной адгезии вызывает дрейф стволовых клеток и их преждевременную дифференцировку (Song et al. 2002). Лучше всего описан и наиболее эволюционно консервативен кадгериновый класс молекул мембранной клеточной адгезии, занимающий центральное место в регулируя физическое взаимодействие между стволовыми клетками и нишами у многих видов (Halbleib and Nelson 2006).В яичниках Drosophila удаление DE-cadherin из клеток крышки ниши вызывает преждевременную дифференцировку и потерю GSCs (Godt and Tepass 1998; Song et al. 2002). В костном мозге взрослых мышей N-кадгерин экспрессируется в HSC и веретенообразных остеобластических клетках ниши. (Чжан и др., 2003). У Drosophila DE-кадгерин экспрессируется стволовыми гемопоэтическими клетками лимфатической железы (Jung et al. 2005) и нейробластами развивающегося мозга, где он необходим для их самообновления (Dumstrei et al.2003). Хотя функцию DE-кадгерина в кроветворном органе Drosophila еще предстоит определить, ясно, что этот класс молекул клеточной адгезии представляет собой важную компонент ниши стволовых клеток.

Сравнительный вид гемопоэтических ниш

Drosophila , рыбок данио и мыши.

Клетки крови

Гематопоэз млекопитающих приводит к долговременному восстановлению ГСК, которые, в свою очередь, генерируют краткосрочное повторное заселение ГСК (Eaves et al.2001). Из этих стволовых клеток возникает ряд более ограниченных клеток-предшественников, дающих начало всем дифференцированным клеткам крови в кровообращения взрослых, таких как лимфоидные, миелоидные и эритроидные клетки (Akashi 2005). Каждый из этих предшественников можно отличить по подмножеству маркеров клеточной поверхности. Развитие исходного дефинитивного HSC требует Runx-1 (North et al. 2002), и его экспрессия позже продолжается в дифференцирующихся миелоидных и лимфоидных клетках (North et al.2004). Более поздняя инактивация Runx1 в костном мозге не является существенной для кроветворения взрослых, но влияет на созревание. лимфоцитов и тромбоцитов (Growney et al. 2005). Популяция стволовых клеток и промежуточные классы предшественников еще не полностью определены у рыбок данио, хотя они ясно, что все типы миелоидных и лимфоидных клеток, присутствующие в кровотоке взрослых, представлены, как и у млекопитающих (de Jong and Zon 2005). Имеются данные о наличии типа HSC в почечных предшественниках, который отличается размером клеток и гранулярностью. и способен к репопуляции бескровных мутантов (Traver et al.2003). У Drosophila гемопоэтические линии не столь разнообразны, как у позвоночных. Все наблюдаемые гемоциты относятся к более древней миелоидной линии. Несмотря на отсутствие эритроидных и лимфоидных типов клеток, представлены гемоциты со свойствами миелоидных макрофагов (Evans et al. 2007; Williams 2007). Затем эти гемоциты остаются в циркуляции во время развития личинок и у взрослых, где они участвуют в иммунитете. заживление ран и апоптоз/фагоцитоз (Cherry and Silverman 2006; Jiravanichpaisal et al.2006 г.; Леметр и Хоффманн, 2007 г.; Уильямс 2007). Типы клеток крови у дрозофилы можно разделить на три основных класса. Плазматоциты представляют собой фагоцитирующие макрофагоподобные клетки, которые составляют более 90% циркулирующая популяция гемоцитов у личинок дикого типа. Кристаллические клетки имеют паракристаллические включения профенолоксидазы. сходна по своей меланизирующей функции с тирозиназой позвоночных, в то время как ламеллоциты поглощают более крупные частицы инфекции.Ламеллоциты и кристаллические клетки составляют <5% от общей популяции клеток крови. Ряд сигнальных путей и транскрипция факторы законсервированы между позвоночными и кроветворной системой Drosophila , что дает возможность использовать мощные генетические технологии в Drosophila для раскрытия деталей развития кроветворения (Evans and Banerjee 2003; Evans et al. 2003, 2007). В этом обзоре мы ограничим наше обсуждение развитием и поддержанием стволовых клеток нишами, определенными у мышей, данио-рерио и дрозофилы системы кроветворения (рис.6).

Рисунок 6.

Краткий обзор гемопоэза у дрозофилы , рыбок данио и мыши. A1–A5 схематически иллюстрируют стадии кроветворения. Субдомен мезодермы ( A1 ) определяется как латеральная (латеральная пластинка) мезодерма ( A2 ). ( A3 ) Прогениторы кровеносных сосудов и клеток крови (гемангиобласты) возникают в латеральной мезодерме.( A4 ) Гемангиобласты мигрируют по всему эмбриону и дифференцируются в ангиобласты, которые дают начало сосудистой системе и HSC. ( A5 ) ГСК заселяют органы кроветворения и производят клетки крови. Мультфильмы B – D иллюстрируют кроветворение у Drosophila . ( B ) Боковой вид ( сверху ) и поперечное сечение ( снизу ) эмбриона после гаструлы, соответствующие стадии, показанной в A3 .Гемангиобласты локализованы в передних (грудных) сегментах кардиогенной мезодермы, входящей в состав латеральная мезодерма. Головная мезодерма производит набор ранних дифференцирующихся (эмбриональных) клеток крови, которые распространяются через зародыш и заполняют гемолимфу личинки. ( C ) Боковой вид ( сверху ) и поперечное сечение ( снизу ) позднего эмбриона, соответствующие стадии, показанной в A4 .Гемангиобласты дифференцировались в дорсальные сосуды и гемопоэтические лимфатические железы. Ранние эмбриональные клетки крови имеют распространяться по всему эмбриону. ( D ) Фрагмент личиночной лимфатической железы, место образования взрослых клеток крови. Лимфатическая железа дифференцировалась на PSC, который действует как ниша, стволовые клетки крови (медуллярная зона) и созревающие клетки крови (корковая зона). клетки ПСК посылают длинные отростки в медуллярную зону (показаны на вставке ), которые могут действовать, чтобы обеспечить сигналы для поддержания медуллярной зоны. E – I иллюстрируют гемопоэз у рыбок данио и мышей. ( E ) Эмбрион рыбки данио на средней стадии (пять сомитов) в виде сбоку ( вверху ) и в поперечном сечении ( внизу ). Гемангиобласты заселяют латеральный край мезодермы; различают переднюю латеральную мезодерму (ALM) и задняя латеральная мезодерма (PLM). ( F ) Вид сбоку позднего эмбриона рыбки данио. Гемангиобласты ALM и PLM мигрировали дорсально и образуют интерстициальную клеточная масса, расположенная под хордой.Клетки интерстициальной клеточной массы образуют раннюю сосудистую систему (аорту, кардинальный вены) эмбриона; они также производят стволовые клетки крови. Самые ранние стволовые клетки крови производят так называемую примитивную кровь. клетки (макрофаги, эритроциты), встречающиеся только на эмбриональной и личиночной стадиях. Другие клетки интерстициальной клеточная масса откладывается в качестве дефинитивных ГСК, которые распространяются по кровотоку и заселяют кроветворные органы, такие как почка.( G ) Боковой вид ( справа ) и поперечное сечение ( слева ) гаструляционного эмбриона мыши. Гемангиобласты определяются в мезодерме, проникающей через примитивный полоса. Ангиобласты, формирующие сосудистое русло желточного мешка, и предшественники примитивных клеток крови, возникающих в желточном мешке, являются родившиеся во время этой миграции; они образуют так называемую кровяную полосу и эндотелиальное сплетение желточного мешка. ( H ) Боковой вид ( справа ) и поперечное сечение позднего эмбриона.Клетки мезодермы латеральной пластинки мигрировали дорсально и образовали зачатки эмбриональной почки (мезонефрос), аорты и других кровеносных сосудов и половых желез (генитальный гребень). Вкрапления в AGM мезодерма – ГСК дефинитивного кроветворения; такие клетки, распознаваемые по экспрессии специфических маркеров (например, Runx1) можно наблюдать отщепление от эндотелия, выстилающего аорту (показано на вставке ).ГСК также можно наблюдать в плаценте. ( I ) ГСК населяют костный мозг взрослых мышей. Они претерпевают симметричные и асимметричные деления, тем самым обновляя собственные количество и продуцирующие популяции быстро размножающихся кровяных клеток-предшественников, которые дифференцируются в клетки крови.

Фазы кроветворения

У большинства эмбрионов позвоночных гемопоэз происходит последовательными волнами, часто называемыми примитивными и дефинитивными (Cumano and Godin 2007).У млекопитающих и рыбок данио примитивный гемопоэз дает переходные популяции предшественников, которые дифференцируются. в эритроциты и макрофаги (de Jong and Zon 2005; Cumano and Godin 2007). Впоследствии дефинитивное кроветворение дает начало HSCs, которые генерируют полный спектр типов клеток крови в более позднем возрасте. эмбриона и на протяжении всей взрослой жизни (Cumano and Godin 2007). У дрозофилы гемопоэз также протекает в две фазы: одна начинается из мезодермы передней головки, давая ранний набор клеток крови у эмбриона, в то время как дополнительная дефинитивная продукция клеток крови происходит в личиночных лимфатических железах, которые способствует взрослому (Holz et al.2003).

Участки транзиторного эмбрионального кроветворения

И рыбки данио, и Drosophila имеют общие внутриэмбриональные участки раннего кроветворения, особенно из мезодермы головы. У рыбок данио экспрессия Ets Фактор транскрипции PU.1 примерно на стадии 10 сомитов идентифицировал, что примитивные макрофаги появляются из переднебоковых мезодерма (ALM), прилегающая к среднему мозгу (Lieschke et al.2002). Живая визуализация подтвердила миграцию этих клеток в желточный мешок (Zhang and Rodaway 2007). У Drosophila начальная волна дифференцировки гемоцитов также происходит в области головной мезодермы во время раннего эмбрионального периода (Tepass et al. 1994). Два транскрипционных фактора играют ключевую роль в этом процессе. Отсутствие глиальных клеток (Gcm) требуется для спецификации плазматоциты (Lebestky et al. 2000; Bataille et al. 2005), а Runx-подобный фактор транскрипции Lozenge (Lz) необходим для развития кристаллических клеток (Lebestky et al.2000). Участие фактора транскрипции Gcm в спецификации как глиальных, так и макрофагоподобных клеток крови у Drosophila указывает на возможность общих функциональных свойств. У млекопитающих микроглия выполняет фагоцитарную функцию в головном мозге, аналогичную макрофагам на периферии (Chan et al. 2007). Возможно, примитивные макрофаги дрозофилы , возникающие из мезодермы головы, родственны моноцитоподобной популяции микроглии млекопитающих, которая возникает независимо предшественника моноцитов костного мозга (Chan et al.2007).

Первым гемопоэтическим органом как у мыши, так и у человека является желточный мешок, который играет хорошо зарекомендовавшую себя роль в генерации транзиторных гемопоэтических популяций для неотложных потребностей эмбриона, включая примитивные эритроциты, необходимые для кислорода транспорта (Palis et al. 1999), макрофагов для ремоделирования и защиты тканей (Bertrand et al. 2005) и уникальных примитивных мегакариоцитов (Tober et al.2007). После этого так называемого примитивного кроветворения происходит всплеск продукции мультипотенциальных миелоэритроидных предшественников. (Миккола и Оркин, 2006). Они являются первыми гемопоэтическими клетками, которые засеивают печень, где они дают начало дефинитивным эритроцитам и миелоидным клеткам. Литература о точной природе этих клеток и их роли противоречива (Mikkola and Orkin 2006). Эти предшественники классифицируются как дефинитивные, поскольку их эритроидное потомство экспрессирует глобины взрослого типа.Однако они должны могут быть названы транзиторными или краткосрочными дефинитивными предшественниками, поскольку их способность вносить вклад во взрослый гемопоэз исчезла. было сомнительно. Как прямая трансплантация взрослым реципиентам, так и культуры эксплантатов ранних тканей желточного мешка оказались безуспешными. для проверки образования ГСК de novo в желточном мешке. Напротив, другие исследования показали, что клетки желточного мешка могут способствовать к взрослому кроветворению при попадании в среду плода.Совсем недавно была использована модель мышей, индуцируемых эстрогеном. для постоянной маркировки клеток, экспрессирующих Runx1, перед циркуляцией и вклада меченых клеток в гемопоэз взрослых привели к выводу, что генерация ГСК начинается в желточном мешке (Самохвалов и др., 2007). Поэтому возможно, что отрицательные результаты тестов на трансплантацию взрослых отражают незрелость зарождающегося желтка. sac гемопоэтические клетки, которые могут быть еще неспособны приживаться и выживать во взрослых нишах.Альтернативно, эти клетки могут представлять временная популяция предшественников, которая имеет лишь некоторые общие характеристики с дефинитивными гемопоэтическими клетками взрослого типа, но не участвуют во взрослом кроветворении. Эти сценарии не исключают друг друга; возможно образование желточного мешка три волны гемопоэтических клеток: примитивные гемопоэтические клетки, транзиторные дефинитивные клетки-предшественники и дефинитивные ГСК. Хотя до сих пор неясно, имеют ли все волны кроветворения в желточном мешке общее происхождение, было показано что мезодермальные клетки, которые мигрируют через первичную полоску, имеют как первичные, так и дефинитивные кроветворные, а также эндотелиальный потенциал, предполагая, что они представляют собой гемангиобласты, дающие начало гемопоэтическим клеткам желточного мешка (Huber et al.2004).

В отличие от внеэмбрионального происхождения примитивного кроветворения млекопитающих, первые события кроветворения у рыбок данио происходят в течение собственно эмбрион. Экспрессия фактора транскрипции GATA-1, специфичного для клеток крови, позволяет визуализировать динамический паттерн. миграции предшественников клеток крови (Detrich et al., 1995). На стадии двух сомитов две полосы предшественников, которые фланкируют мезодерму параксиальной или задней/каудальной пластинки. сходятся по средней линии и полностью сливаются на стадии 24 сомитов, образуя промежуточную клеточную массу (ICM), расположенную вентрально к хорде (Аль-Адхами и Кунц, 1977).Этот процесс можно визуализировать in vivo с помощью покадровой микроскопии, когда эти клетки перемещаются через сомиты (Zhang and Rodaway 2007). Первые формы внутриэмбриональной крови в виде проэритробластов и эндотелиальных клеток дифференцируются из этих полосок по конец стадии 24 сомитов. Затем клетки ICM мигрируют вперед и попадают в желточный мешок, где продолжаются эритробласты. повзрослеть. К 24 часам эти эритробласты высвобождаются после формирования общей кардинальной вены и протоков Кювье и кровообращения. Установлено.ВКМ также образует крупные сосуды туловища: спинную аорту и заднюю кардинальную вену (ЗКВ). (Аль-Адхами и Кунц, 1977).

Места появления дефинитивных ГСК

Эмбрион считается основным источником ГСК у млекопитающих (Dzierzak 2002). У мышей область аорта-гонады-мезонефрос (AGM), которая является основной территорией внутриэмбрионального гемогенеза, содержит клетки взрослого типа. ГСК в течение короткого периода в середине беременности.В это время можно визуализировать кластеры, состоящие из HSC, экспрессирующих Runx1. отпочковываясь в просвете с вентральной стороны дорсальной аорты, предполагая, что они происходят in situ (Jaffredo et al. 2005). Следует отметить, что дорсальная аорта — не единственная гемогенная артерия: появление предполагаемых ГСК также было зарегистрировано в пупочные и желточные артерии, соединяющие дорсальную аорту с плацентой и желточным мешком (Bruijn et al. 2000). Однако, несмотря на тесную связь образования ГСК и артериальной сосудистой сети, до сих пор неясно, являются ли окончательные HSCs определяются непосредственно из гемогенного эндотелиального предшественника.Альтернативная модель предполагает, что ГСК возникают из мезодермы/гемангиобласта. предшественник, предназначенный для кроветворной судьбы в подсосудистой мезенхиме и мигрирующий через сосудистую стенку в попадают в обращение (Бертран и др., 2005).

Подобно дефинитивному гематопоэзу млекопитающих, местом образования первых дефинитивных HSCs у рыбок данио является AGM. Эквивалент AGM у рыбок данио находится рядом с вентральной стенкой спинного отдела (DA).Самый ранний Scl-положительный окончательный гемопоэтические предшественники возникают между дном DA и крышей PCV примерно через 26–30 ч (Zhang and Rodaway 2007). Эти клетки впоследствии мигрируют в почки, орган кроветворения взрослых рыбок данио, через 5 дней после оплодотворения (dpf). Во время эмбриогенеза гемангиопоэтическая способность ICM переключается на область AGM в течение первых нескольких дней развития. что отражается снижением экспрессии Gata1 в ICM, в то время как экспрессия c-Myb и Runx1 увеличивается в AGM и потерей функции Runx1 вызывает элиминацию туловищных гемопоэтических кластеров (Kalev-Zylinska et al.2002 г.; Бернс и др. 2005 г.; Мураяма и др. 2006). Кроме того, лазерная активация флуоресцеина в клетке в области между DA и PCV на 2 dpf приводит к мечению клеток в тимусе и пронефросе при 5 dpf (Murayama et al. 2006). Дополнительные данные указывают на то, что клетки из AGM также засеивают вентральную вену на пути к почке (Zhang and Rodaway 2007).

Вторая фаза кроветворения Drosophila начинается в органе, называемом лимфатической железой.Происхождение ткани лимфатических желез у эмбриона имеет замечательную природу. сходство с гемопоэзом AGM у рыбок данио и мышей (Evans et al. 2007). Происхождение AGM млекопитающих можно проследить до предшественников мезодермы латеральной пластинки. FGF, наряду с BMP, является выражены как в мезодерме латеральной пластинки, так и в прилегающей энтодерме, и необходимы для отделения кардиальной мезодермы от Общее собрание акционеров (Нишикава и др., 2001 г.). Точно так же у Drosophila передача сигналов FGF, BMP и Wnt/Wg последовательно участвует в спецификации кардиогенной мезодермы из дорсальной мезодермы. эмбриона (Mandal et al.2004). Кардиогенную мезодерму сравнивают с мезенхимой AGM позвоночных, поскольку обе структуры дают начало не только кровь, но также эндотелиальные клетки и нефроциты (Mandal et al. 2004). Из кардиогенной мезодермы передача сигналов Notch регулирует переключение между сосудистыми и кровяными предшественниками, в конечном итоге дающие начало лимфатическому железу, сердечной трубке и нефроцитоподобным перикардиальным клеткам, подобным аорте, крови и мезонефросу у позвоночных (Mandal et al.2004).

В отличие от AGM позвоночных, лимфатическая железа Drosophila сохраняется на протяжении всего личиночного развития в качестве места окончательного кроветворения. Лимфатическая железа расположена на дорсальной стороне личинки, в ассоциации с сердцем Drosophila , дорсальным сосудом. Он состоит из двух первичных долей и нескольких вторичных долей. Первичная доля структурирована на внешнюю оболочку, называемую корковой зоной, в которой находятся созревающие гемоциты, и центральное ядро, называемое медуллярной зоной, который содержит незрелые стеблевидные предшественники (Jung et al.2005). Небольшой кластер клеток, экспрессирующих несколько сигнальных молекул, расположен рядом с предшественниками медуллярной зоны и был назван задним сигнальным центром (PSC) (Lebestky et al. 2003). Клетки ПСХ служат гемопоэтической нишей (Mandal et al. 2007).

В дополнение к желточному мешку и AGM дополнительные гемопоэтические участки у эмбрионов позвоночных впервые были идентифицированы у птиц. Первоначальные исследования с использованием химеры перепел-цыпленок сначала описали присутствие дефинитивных гемопоэтических клеток, которые вносят свой вклад. к гемопоэзу взрослых в области аллантоиса (Caprioli et al.1998). У млекопитающих аллантоис дает начало мезодермальным компонентам плаценты. Поразительно, но большой пул HSC присутствует в плаценте мышей в середине беременности, предполагая, что плацента является еще одним важным гемопоэтическим органом (Alvarez-Silva et al. 2003; Gekas et al. 2005; Ottersbach and Dzierzak 2005). Активность ГСК в плаценте начинается одновременно с АГМ и желточным мешком, но превосходит по количеству (в 15 раз больше ГСК) и продолжительность, что на двух других сайтах.Поскольку плацента находится непосредственно перед печенью плода в кровотоке плода, она вероятно, является основным источником дефинитивных HSCs, которые засевают печень. Недавний анализ мутантных мышей Ncx -/- показал, что дефинитивные ГСК возникают de novo в крупных сосудах плаценты, независимо от вклада циркулирующих клеток (K. Rhodes and H.K.A. Mikkola, неопублик.). Кроме того, плацентарный сосудистый лабиринт может обеспечивать уникальную микросреду. для созревания и экспансии HSC, не способствуя непосредственной дифференцировке клонов.Эти данные предполагают плаценту как важный орган кроветворения, способный как генерировать, так и временно поддерживать большой пул дефинитивных HSC.

Сайты расширения HSC

После выхода клеток-предшественников и ГСК из мест кроветворения они циркулируют в печени плода, которая служит основным кроветворным органом. орган для экспансии и дифференцировки в середине-конце беременности у мышей.У мышей печень сначала засевается желточным мешком. предшественников с последующим посевом HSC из AGM, плаценты и, возможно, желточного мешка (Cumano and Godin 2007). Недавний анализ отслеживания клеток с использованием индуцируемой системы, связанной с промотором runx1 , подтвердил, что предшественники, помеченные до циркуляции, в конечном итоге мигрируют в печень плода для экспансии и в конечном итоге колонизируют тимус и костный мозг, как только эти органы разовьются (Самохвалов и др.2007). Поскольку желточный мешок является самым ранним гемопоэтическим участком с обильной экспрессией Runx1, было высказано предположение, что эти клетки возникают из желточного мешка. Меченые клетки в основном вносят вклад в циркулирующие клетки эмбриона, и в конечном итоге эти стволовые клетки будут вносить вклад в 10% HSCs, присутствующих в костном мозге взрослых, и примерно в 10% клеток в кровотоке взрослых (Samokhvalov et al. 2007). Аналогичный процесс у рыбок данио позволяет ранним примитивным предшественникам давать начало циркулирующим предшественникам, которые в конечном итоге засевают дефинитивный орган кроветворения, почки, и вносят вклад в циркулирующие клетки эмбриона (Murayama et al.2006 г.; Чжан и Родауэй, 2007 г.).

Печень не только поддерживает размножение ГСК, но и является основным местом гемопоэтической дифференцировки у плода, обеспечивая микроокружение как для миелоэритроидной, так и для В-лимфоидной дифференцировки (Mikkola and Orkin 2006). Хотя точные клеточные ниши, которые поддерживают самообновление или дифференцировку ГСК в печени плода, не определены, как эндотелиальные, так и стромальные клетки и, возможно, развивающиеся гепатоциты, вероятно, обеспечивают сигналы гемопоэтического микроокружения.Исследования экспрессии генов на клеточных линиях печени выявили белки, такие как IGF2 и ангиопоэтиноподобные факторы, которые связаны с поддерживающими свойствами HSC (Zhang and Lodish 2004; Zhang et al. 2006).

По аналогии с печенью млекопитающих промежуточным участком экспансии HSC у рыбок данио является каудальный кроветворный отдел. ткани (ХТ). После выхода из области AGM, но до достижения пронефроса гемопоэтические предшественники мигрируют в эту область. ткани, расположенной между каудальной артерией и венами (Jin et al.2007). CHT, вероятно, обеспечивает переходную нишу для поддержки дефинитивной экспансии и созревания HSC у рыбок данио (Murayama et al. 2006).

Кроветворные ниши взрослых

Костный мозг является местом кроветворения взрослых и поддержания HSC у млекопитающих (Mikkola and Orkin 2006). Анализы трансплантации показали, что ГСК начинают перемещаться из печени плода в костный мозг на поздних сроках гестации/первом этапе. дней постнатальной жизни у мышей (Gothert et al.2005 г.; Боуи и др. 2006). Свойства HSC меняются после того, как они приживаются в костном мозге, когда они переходят от активного цикла к состоянию покоя. Этот переход изначально запрограммирован и происходит в определенный момент времени между 3 и 4 неделями постнатальной жизни у мышей. (Боуи и др., 2007). Интересно, что недавно Sox17 был идентифицирован как фактор, важный для самообновления плода и ранних стадий. постнатальные ГСК в костном мозге, тогда как после первых недель жизни это становится неважным (Kim et al.2007). Это исследование впервые документирует транскрипционный фактор, который уникален для самообновления циклических HSCs на поздних стадиях. внутриутробной/ранней постнатальной жизни, но не у взрослых, что означает, что молекулярные потребности для самообновления различны во время разработка. Обратные примеры, связанные с мутациями, при которых дефекты костномозгового кроветворения могут наблюдаться, не затрагивая Пул ГСК печени плода встречается довольно часто. В частности, репрессоры транскрипции Tel (Hock et al.2004b), Gfi1 (Hock et al. 2004a) и Bmi1 (Park et al. 2003) считаются внутренними регуляторами самообновления или выживания HSC в постнатальном периоде, но не оказывают влияния на эмбриональное самообновление. Специфические требования, зависящие от микроокружения, такие как потребность в кальциевом рецепторе, также имеют место. были установлены в костном мозге, но не играют роли в печени, что позволяет предположить, что HSCs специфически чувствуют кальций уровни для установления долгосрочного пребывания в костном мозге (Adams et al.2006).

У взрослых рыбок данио гемопоэз и поддержание ГСК продолжаются в почках. В недавних исследованиях установлено, что кроветворная клетки, выделенные из почек взрослых, находятся в состоянии покоя и экспрессируют маркеры стволовых клеток (Tsinkalovsky et al., 2007). Был идентифицирован ряд потенциальных сигнальных молекул, которые влияют на поддержание и дифференцировку стволовых клеток в организме. данио. К ним относятся BMP (Moser et al.2007), JAK-STAT (Ma et al. 2007), FGF (Songhet et al. 2007), Sonic hedgehog (Gering and Patient 2005), Notch (Burns et al. 2005) и VEGF (Gering and Patient 2005), но что остается неясным, так это действуют ли эти молекулярные пути на уровне стволовой клетки или требуются в более нижестоящих прародителей. Факторы транскрипции, важные для кроветворения млекопитающих, такие как гены Hox (Davidson and Zon 2006), SCL (Qian et al. 2007), Runx-1 (Kalev-Zylinska et al. 2002) и c-Myb (Thompson et al.1998) также участвуют в поддержании кроветворения у рыбок данио.

У дрозофилы лимфатический узел сохраняется как орган кроветворения на личиночных стадиях и распадается во время метаморфоза, высвобождая зрелые клетки крови в кровоток. Участков кроветворения de novo во взрослом плоде на сегодняшний день не выявлено. fly, хотя такие участки были зарегистрированы и у других беспозвоночных (Soderhall et al.2003), что свидетельствует о необходимости дальнейшего анализа этого вопроса. Лимфатическая железа представляет собой привлекательную систему для генетически исследуя взаимодействие между нишей (называемой PSC), набором стволовых предшественников, принадлежащих медуллярному зона и группа дифференцированных клеток корковой зоны, возникающих из стволовидных предшественников медуллярная зона. Прогениторы медуллярной зоны митотически неактивны, сохраняют метку Histone h3B-GFP (J.Л. Маршалл и U. Banerjee, неопублик.), дают начало всем типам клеток крови, не экспрессируют маркеры дифференцировки и сохраняются в зависимым от ниши образом (Mandal et al. 2007). Во всех этих отношениях эти клетки соответствуют критериям стволовых клеток. Однако окончательные эксперименты, показывающие, что такие клетки сохраняются на протяжении всей жизни или способны восстанавливать гемопоэтический репертуар после трансплантации. осталось показать.

Молекулярные взаимодействия в гемопоэтической нише

Специфическая для остеобластов потеря BMP-рецептора 1 у мышей вызывает увеличение числа остеобластов, а также сопутствующее рост пула HSC (Zhang et al., 2003). И наоборот, нацеливание на остеобласты суицидного гена вызывает метаболическую гибель остеобластов, а также нарушает гемопоэз. (Виснич и др.2004). Аналогичным образом, стимуляция рецептора паращитовидной железы сверхэкспрессией ПТГ-ПТРП приводит к увеличению как трабекулярного кость и количество HSC (Calvi et al. 2003). В совокупности эти результаты идентифицировали остеобласты как неотъемлемый компонент гемопоэтической ниши. Это было предположили, что адгезивные контакты посредством взаимодействия N-кадгерина и Tie2/ангиопоэтина удерживают HSC прикрепленными к эндостальному ниша, способствующая покою ГСК (Arai et al.2004). Было показано, что C-myc является важным внутренним регулятором клетки, необходимым для гомеостаза HSC, регулирующим высвобождение ГСК из ниши, способствующей покою. При условной абляции c-myc в HSCs костного мозга эти стволовые клетки неспособны дифференцироваться, поскольку они увеличивают молекулы адгезии на своей поверхности и остаются привязанными к нише, которая удерживает их в спокойное, недифференцированное состояние (Wilson et al. 2004). Хотя эндостальная ниша остеобластов костного мозга мышей до сих пор является наиболее охарактеризованной гемопоэтической нишей, большинство ГСК, которые приживаются в трансплантационных пробах, на самом деле локализуются в периваскулярных пространствах, в контакте с синусоидальный венозный эндотелий (Kiel et al.2005), что привело к предположению, что эти поверхности могут обеспечивать дополнительные нишевые взаимодействия для поддержания взрослых особей. HSC.

Несмотря на филогенетические различия между млекопитающими и беспозвоночными, было замечательно обнаружить сходные стратегические механизмы. используется и сохраняется между позвоночными и Drosophila взаимодействиями гемопоэтической ниши и стволовых клеток. Зачаток лимфатической железы у дрозофилы образуется путем слияния трех парных скоплений клеток, возникающих в эмбриональной кардиогенной мезодерме.В течение В позднем эмбриогенезе экспрессия гомеодоменового белка Antennapedia (Antp) ограничивается частью этих клеток в задняя граница лимфатического узла (Mandal et al. 2007). Этот кластер клеток включает PSC, а оставшиеся клетки дадут начало гемоцитам. Антеннапедия-положительный клетки также положительны в отношении фактора транскрипции, подобного фактору В-клеток Collier (Crozatier et al. 2004), и сигнальных молекул Serrate (Lebestky et al.2003), Hedgehog (Mandal et al. 2007) и Unpaired3 (Jung et al. 2005; Krzemien et al. 2007). На третьем личиночном этапе генетические манипуляции, увеличивающие количество клеток ПСК, вызывают сопутствующее увеличение количество стеблевидных предшественников. С другой стороны, абляция ПСХ вызывает потерю предшественников медуллярной зоны. из-за преждевременной дифференцировки. Эта тесная взаимосвязь между размером ниши и количеством стволовых клеток аналогична наблюдаемой в остеобластах костного мозга взрослых мышей, содержащих рецептор BMP, как описано выше.У Drosophila поддержание стволовых клеток опосредуется сигналом Hedgehog (Hh), исходящим от PSC и воспринимаемым стволоподобными клетками медуллярная зона (Mandal et al. 2007). Hh-экспрессирующие клетки PSC расширяют тонкие выступы, которые переплетаются между предшественниками мозгового вещества. зоне (Мандал и др., 2007). Сигнальный путь Hedgehog (Hh)/Sonic hedgehog (Shh), по-видимому, представляет собой консервативный универсальный молекулярный механизм. для поддержания стволовых клеток во многих нишевых системах.У рыбок данио Shh необходим для начала дефинитивного кроветворения. (Gering and Patient 2005), тогда как у мышей Shh обеспечивает самообновление HSC (Trowbridge et al. 2006). Точно так же передача сигналов Hh необходима для самообновления и поддержания стволовых клеток в других нишах стволовых клеток, таких как соматические стволовые клетки яичника дрозофилы (Zhang and Kalderon 2001), кишечный эпителий мыши (Ramalho-Santos et al. 2000) , нервные (Lai et al. 2003) и ниши волосяных фолликулов (Gritli-Linde et al.2007). В дополнение к мутантам Hh потеря поддержания медуллярной зоны также наблюдается у мутантов, которые элиминируют белок STAT. (Krzemien et al. 2007), предполагая роль пути JAK-STAT во взаимодействии ниша-предшественник во время гематопоэза Drosophila .

Лейкемию человека часто называют болезнью стволовых клеток (Passegue et al. 2003), а так называемая лейкемическая стволовая клетка (LSC) (Wang and Dick 2005) представляет собой отклонение в балансе между самообновлением и дифференцировкой, которое все нормальные стволовые клетки обладают.В при многих лейкозах человека LSC обладает стволовыми свойствами, такими как состояние покоя и зависимость от ниши. Примеры также были описаны миелопролиферативные заболевания, обусловленные исключительно дефектом микроокружения стволовых клеток (Walkley et al. 2007a). Поэтому крайне важно, чтобы полная молекулярная основа для взаимодействия между стволовой клеткой и становится доступной его ниша. Хотя исследования на мышах и людях будут по-прежнему давать результаты, наиболее актуальные, сходство с гематопоэзом Drosophila и гематопоэза Drosophila , подчеркнутое в этом обзоре, позволяет предположить, что эти более простые системы позволят проводить тонкое генетическое рассечение. распространяться на кроветворение.

Благодарности

Мы благодарим Кори Эванса за критическое прочтение рукописи. Благодаря обширной литературе, доступной по этой теме, и пространству ограничений, мы приносим свои извинения нашим коллегам, чья работа была опущена. Эта работа была поддержана грантом K08HL087026 J.M., R01HL067395 к У.B., и R21DK069659 для H.M.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.