Az orvosi biotechnológiai mesterképzés megfeleltetése az Európai Unió új társadalmi kihívásainak a Pécsi Tudományegyetemen és a Debreceni Egyetemen Azonosító szám: TÁMOP /1/A

ŐSSEJT-TÍPUSOK, FENNTARTÁSUK ÉS HOMEOSZTÁZISUK Az orvosi biotechnológiai mesterképzés megfeleltetése az Európai Unió új társadalmi kihívásainak a Pécsi Tudományegyetemen és a Debreceni Egyetemen Azonosító szám: TÁMOP /1/A Dr. Balogh Péter és Dr. Engelmann Péter Transzdifferenciáció és regeneratív medicina – 2. előadás

TÁMOP /1/A Őssejtek forrásai és típusai: különböző eredet és differenciálódási spektrumok ES: Embrionális őssejtek a ICM régióból (inner cell mass) Primordiális csírasejtek (PGCs) → embrionális csírasejtek (EG) iPS: iPS: Nem-embrionális testi sejtek, melyeket specifikus kulcs-transzkriciós faktorral történő transzfektálással állítottak elő Oct4, Sox2, c- myc, Klf4 MSC: MSC: Csontvelő, zsírszövet, köldökvér, amnionfolyadék, placenta,fog-pulpa, inak, szinoviális hártya, vázizom környezetben előforduló mezenhimális őssejtek, melyek képesek az ön-megújításra és különböző irányú in vitro differenciálódásra mezenhimális sejtekké: oszteoblasztok, kondrociták, adipociták és mioblasztok.

TÁMOP /1/A Embrionális őssejt-források (ES) MorulaMorulaKoraiblasztocisztaKoraiblasztociszta Inner cell mass (ICM) KésőiblasztocisztaKésőiblasztociszta Epiblaszt Korai cilinder stádium stádium Primitív ektoderma Csírasejt-vonal Trofektoderma Blasztociszta üreg Primitív endoderma Fali endoderma Zsigeri endoderma Extraembrionális ektoderma Testi sejt irányok Ektoderma Mezoderma Endoderma Proamnion üreg Oct3/4 Cdx2 Gata6 Nanog

TÁMOP /1/A Az egér embrió őssejt- forrásai inner cell massPreimplantációs embrió: inner cell mass (ICM) a blasztocisztában (korai blasztociszta állapot). epiblasztKésői blasztociszta: epiblaszt képződése primitív ektodermaPosztimplantációs embrió: korlátozott pluripotenciájú primitív ektoderma képződése → az embrió csírasejt- és szomatikus sejtvonalai.

TÁMOP /1/A Az ES sejtek jellemzői Pre/periimplantációs embrionális eredet Tartós proliferációs képesség differenciálódás nélkül, Mindhárom csíralemez és csírasejtek képzése tartós in vitro fenntartás után EC sejtek: teratocarcinoma-eredetű pluripotens embrionális carcinoma sejtek, melyek mindkét csíralemez sejtjeit képezhetik Porc (mezoderma) Bél-mirigyek (endoderma) Epidermisz (ektoderma)

TÁMOP /1/A Az ES sejtek membrán-markerei Sia Gal Glc Man GlcNAc GlcA IdoA Fuc Xyl GalNAc Tra 1-60 (KSPG) NG2 és 473HD (CSPG) Lewis X PSA-NCAM CD34 SSEA-3 SSEA-4

TÁMOP /1/A Az ES sejtekre jellemző glikoantigének szerkezete SSEA-3 és SSEA-4:SSEA-3 és SSEA-4: 5–6 monoszacharid, melyek ceramid lipid farokhoz kapcsolódnak; GL-5 és GL-7 glikoszfingolipideket alkotnak, expressziójuk csökken a differenciálódás során. A TRA (tumor rejection antigens) TRA- 1–60 és TRA-1–81A TRA (tumor rejection antigens) TRA- 1–60 és TRA-1–81 keratán szulfatált proteoglikán (KSPG) epitópok, melyek valószínűleg a CD34-hez hasonló szerkezetű, sziálsavban gazdag podokalixinhez kapcsolódnak.

TÁMOP /1/A Az ES-sejtekre jellemző CD antigének CD34:CD34: Hemopoetikus/endoteliális közös antigén, mely hemopoetikus őssejteken is kifejeződik. CD133:CD133: Elsősorban neurális őssejten kifejeződő, 5 transzmembrán régióval rendelkező glikoprotein

TÁMOP /1/A Az őssejtek fő szabályzó folyamatai – külső és belső hatások Külső: Mátrix fehérjékkel, szolubilis faktorokkal és az őssejt- fészkekben lévő más sejtekkel való kölcsönhatás során fellépő szignálok révén.Belső: A pluripotenciát vagy differenciálódást szabályzó transzkripciós faktorok hálózata.

TÁMOP /1/A Különböző szervek őssejt- fészkei Germarium of the ovary Terminalfilament Cap cell Cystoblast BL GSC Inner sheath cell SSC 16-cellcyst Folliclecells Eggchamber The apex of the testis Hub cells BL SSC GSC Spermatogonia The subventricular zone (SVZ) of the brain Neuroblast Astrocyte Lateral ventricle BV BL Transit-amplifying Ependymal cells The bone marrow Bone marrow Osteoblast Stromal cell Multipotent SC HSC LymphoidMyeloid The crypt of an intestinal villus Enteroendocrine cells Villus Goblet cells Crypt BL Transit amplifying Stem cells Paneth cells The bulge of the hair follicle Hair shaft BL Hairbulb Matrix Dermal papilla Muscle Sebaceou s gland Bulge SC Meiosis Spermatocytes Gonialblast Cyst cell

TÁMOP /1/A Őssejt-mikrokörnyezet – az őssejt-fészkek egyes példái A petefészek germarium régiója, vagy a here apikális része (csíravonal-őssejt és testi őssejt) Az agy szubvenrikuláris zónája (idegi őssejt) Szőrtüsző-hagyma (hám-őssejt) Bélfodrok kripta-része (endodermális őssejt) Csontvelő (vérképző őssejt)

TÁMOP /1/A Az őssejt-homeosztázisban résztvevő transzkripcionális kölcsönhatások ESC regulátorok Oct4 Nanog Tbx3 Wnt jelátvitel Tcf3 Tle1 Fzd5 Epigenetikai regulátorok Jarid2 Phc1 N-myc RNA-kötő protein Dppa5 Telomér- asszociált Rif1 Tumor szuppresszor Trp53bp1 Oct4 Nanog Tcf3 PluripotenciaDifferenciáció Oct4 Nanog Tcf3 Oct4 Sox2 Sall4 GCNF LRH1

TÁMOP /1/A A differenciálódást és a pluripotenciát fenntartó antagonista szabályzó körök ESC/iPS szabályozás – transzkripciós faktor- hierarchia Wnt szignálok Epigenetikai szabályozás RNS kötés Telomérhez kapcsolódó effektor hatások Tumor szuppresszió Sejt-ciklus szabályozás

TÁMOP /1/A Az őssejt génexpresszió mRNS szabályozása Egyéb faktorok Oct4 Sox2 Nanog mRNS AAAAA mRNS alternatív hasítás AAAAA Intergenikus mRNS hasítás AAAAA siRNS-ek? Más RNS-ek? miRNS Intergenikus transzkriptum Antiszensz transzkriptum

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

TÁMOP /1/A Újraprogramozás: pluripotencia-indukció iPS sejtekben Célgének Epigenetikai módosítók Transzkripciós faktorok Sox2 Oct3/4 Klf4 c-Myc

TÁMOP /1/A Újraprogramozás: Differenciált sejtek sejtvonal-váltása B-sejtek makrofággá való átalakulása – C/EBP  szerepe Fibroblasztok neuronális elköteleződése – Ascl1, Brn2 és Mytl1

TÁMOP /1/A A pluripotencia kialakítása és érési sorrend Ektoderma Mezoderma Endoderma Pluripotens sejt Ektoderma progenitor Neuronális progenitor Érett neuron Pluripotens sejt

TÁMOP /1/A A differenciálódáshoz való elköteleződés és a visszafordíthatóság kapcsolata A differenciálódás során KÖZÖTTIAz elköteleződés erősödik, miközben a sejtvonalak KÖZÖTTI transzdifferenciálódás és a pluripotencia csökken; BELÜLIA sejtvonalon BELÜLI specifikáció elősegítéséhez folyamatos stimulusokra van szükség. Visszafordítás: CSÖKKEN NŐ Visszafordítás: Az IPS-hez kapcsolódó többirányú differenciálódás során a pleiotropia-indukció küszöb CSÖKKEN, míg a differenciációs szignálküszöb NŐ.

TÁMOP /1/A Összefoglalás Eredetüktől és fejlődési spektrumuktól függően (a) (b)Eredetüktől és fejlődési spektrumuktól függően az őssejtek nagymértékben heterogének, és homeosztázisukat (a) különböző szinten és módon történő szabályozás alatt álló gén-expressziós programozásuk és (b) az őssejt-fészekben megjelenő külső faktorok határozzák meg, melyekben citokinek, ECM proteinek, adhéziós molekulák nyújtanak szignálokat. Az őssejt-elköteleződés és differenciációAz őssejt-elköteleződés és differenciáció nem irreverzibilisek, így differenciálódott sejt megfelelő módosítások révén visszanyerheti pluripotenciáját.