KOMÓRKI MACIERZYSTE

1. Komórka macierzysta (KM, komórka pnia) – niezróżnicowana komórka zdolna

do:

a) proliferacji

b) samoodnawiania się (regeneracji)

c) różnicowania

2. Typy podziału komórek macierzystych:

a) symetryczny – prowadzi do wytworzenia 2 komórek macierzystych oraz 2

komórek progenitorowych (częściowo zróżnicowanych)

b) asymetryczny – z jednej komórki macierzystej powstaje 1 komórka

macierzysta i 1 progenitorowa

3. Macierz zewnątrzkomórkowa (nisza) – miejsce, w którym umiejscowione są

komórki macierzyste. Znajdują się tam:

a) komórki dojrzałe

b) komórki macierzyste

c) czynniki wzrostu

d) białka macierzy zewnątrzkomórkowej

4. PODZIAŁ KOMÓREK MACIERZYSTYCH:

a) ze względu na zdolności do różnicowania się:

 totipotencjalne – najbardziej pierwotne, różnicują się do wszystkich

komórek (w tym komórek łożyska), np. zygota

 pluripotencjalne – różnicują się tylko do komórek somatycznych, czyli

wszystkich oprócz komórek łożyska

 multipotencjalne – różnicują się do komórek w obrębie tej samej tkanki

(listka zarodkowego)  powstaje z nich kilka podobnych typów komórek

 unipotencjalne (prekursorowi) – różnicują się tylko do jednego typu

komórek, ale zachowują zdolność do podziałów, np. keratynocyty

b) ze względu na pochodzenie:

EMBRIONALNE (ES) / ZARODKOWE (ZKM)

SOMATYCZNE (dojrzałe, dorosłe)

 toti-/pluri-potencjalne
 różnicują się do wszystkich typów komórek organizmu
 otrzymywane przez pobranie z blastocysty (1-

tygodniowego zarodka) lub zarodkowych komórek

płciowych

 nie są wykorzystywane w terapii ze względu na

możliwość rozwoju nowotworu

 multi-/uni-potencjalne
 znajdują się w niewielkich ilościach w

narządach (szpiku, naskórku, mózgu, krwi,
wątrobie)

 uaktywniają się w razie konieczności

regeneracji (np. uraz lub ciągłe zużycie np.
krwi)

Źródła uzyskiwania komórek macierzystych

1. Klonowanie terapeutyczne:

a) do komórki jajowej wprowadza się jądro dojrzałej komórki  KLONOTA 

BLASTOCYSTA (i z blastocysty można pobrać ES)

b) zalety komórek embrionalnych:

 podatność na różnicowanie

 większa liczebność niż komórek macierzystych u organizmów dorosłych
 łatwość hodowli

2. iPKM – indukowane pluripotencjalne KM:

a) transformacja komórek somatycznych w ostatnim etapie ich zróżnicowania

(czyli z multi-/unipotencjalnych mamy pluripotencjalne)

b) przebieg procesu:

 wprowadzenie odpowiednich genów do genomu komórki dorosłej, np. C-

MYC, OCT4, SOX, KLF4

 ekspresja genów  powstają odpowiednie czynniki transkrypcyjne (OCT,

NANOG) i dalej są już tworzone odpowiednie mRNA i białeczka

c) wady i zalety iPKM:

ZALETY

WADY

 wykazują cechy charakterystyczne dla ES – tworzą

zróżnicowane linie

 brak kontrowersji (nie używamy ludzkich zarodków

to i nikt się nie czepia)

 niska efektywność transformacji
 trudno kontrolowany proces
 możliwość tworzenia potworniaków
 zaburzenie struktury i organizacji DNA 

możliwość mutacji  nowotwory

d) alternatywa dla klonowania – przyszłościowo chcą wprowadzać gotowe białka

zamiast genów

e) wprowadzenie genów dzięki:

 wektorom retrowirusowym wbudowującym się do DNA
 wirusom nieintegrującym się z genomem

 zmodyfikowanym adenowirusom (bezpieczniejsza wersja)

3. Otrzymywanie KM z krwi pępowinowej:

a) metoda jest źródłem pozyskiwania komórek hematopoetycznych i

mezenchymalnych

b) cechy pozyskiwanych komórek:

 mniej ukierunkowane niż te ze szpiku kostnego
 duży potencjał proliferacyjny
 znikome uszkodzenia mutagenami etc.
 łatwość pozyskiwania

4. VSEL – małe embrionalno-podobne KM – są obecne w dojrzałych tkankach (krew

pępowinowa, szpik kostny) i odpowiedzialne za regeneracje i naprawę tkanek:

a) VSEL wykazują ekspresję markerów komórek pluripotentnych, np. receptora

CXCR4 dla SDF-1, który:

 umożliwia zasiedlenie nisz szpikowych przez komórki macierzyste

 mobilizuje komórki macierzyste ze szpiku do krwi
 wpływa na dojrzewanie i mobilizację komórek mieloidalnych i

limfoidalnych

 współdziała w zakażeniu HIV-1

 jest związany z rozwojem nowotworów

b) cechy VSEL:

 duży potencjał proliferacyjny (wszystkie 3 listki zarodkowe)

 alternatywna dla ES

c) ograniczenia w wykorzystywaniu VSEL:

 komórek jest mało, a ich liczba dodatkowo maleje wraz z wiekiem
 regenerują tylko niewielkie uszkodzenia i mogą sobie nie poradzić z

czymś większym

 ze względu na obecność enzymów proteolitycznych z leukocytów

obwodowych i makrofagó tkankowych mogą po prostu „nie dojść” do

miejsca uszkodzenia

Kontrola proliferacji i różnicowania

1. Szlak NOTCH

a) receptor NOTCH składa się z 3 domen:

 zewnątrzkomórkowej
 transbłonowej

 cytoplazmatycznej

b) przebieg:

 białko NOTCH łączy się z receptorem NOTCH
 γ-sekretaza uwalnia domenę cytoplazmatyczną receptora
 przemieszczenie domeny do jądra
 aktywacja transkrypcji genów

c) rola szlaku:

 utrzymanie zdolności komórek macierzystych do samoodnawiania (czyli

zahamowanie różnicowania)

 utrzymanie odpowiedniego kierunku różnicowania

 regulacja funkcji komórek krwiotwórczych

2. Szlak Wnt:

a) rola szlaku:

 ochrona przed różnicowaniem

 zapewnienie komórkom macierzystym zdolności do samoodnawiania

b) przebieg:

 białko WNT jest wydzielane poza komórkę  wchodzi w interakcję z

glikozaminoglikanami macierzy zewnątrzkomórkowej

 potem białeczko wiąże się z receptorem FRIZZLED
 takie połączenie aktywuje jeszcze inne białeczko zwane DISHEVELLED
 zaktywowane białko inaktywuje kinazę syntazy glikogenu (GSH-3-β)
 zahamowanie degradacji β-kateiny

 skoro β-kateina nie została zniszczona do wchodzi do jądra gdzie

aktywuje transkrypcję

3. Szlak białka Shh:

a) rola szlaku:

 regulacja rozwoju embrionalnego ssaków
 kontrola proliferacji i różnicowania komórek macierzystych (zwłaszcza

mezenchymalnych i neuronalnych)

b) przebieg:

 wzrost poziomu Ca

2+

w komórce  aktywacja kinazy białkowej C 

aktywacja receptora PATCHED (Ptch)

 aktywacja białka Shh przez palmitylację N-końcowej cysteiny
 zaktywowane białko łączy się ze zaktywowanym receptorem Ptch
 zniesienie supresji białka SMO
 skoro SMO nie jest hamowane to aktywuje czynniki transktpcyjne GLI 

aktywacja odpowiednich genów

4. Białko OCT4:

a) rola:

 aktywacja proliferacji
 utrzymywanie komórek w stanie niezróżnicowanym
 zapewnienie komórek pluripotencjalności

b) występowanie (czyli gdzie to białko ulega ekspresji):

 tylko w komórkach pluripotencjalnych – dlatego OCT4 jest znacznikiem

pluripotencji

 nie występuje w komórkach dojrzałych

5. Białko NANOG:

a) występuje w ZKM (ES)
b) rola:

 czynnik samoodnawiania komórek
 utrzymanie stanu pluripoencji

c) NADEKSPRESJA = wzrost proliferacji + utrzymanie pluripotencjalności
d) BRAK EKSPRESJI = różnicowanie komórek

Komórki macierzyste a nowotwory

1. Teorie tłumaczące pochodzenie nowotworowych komórek macierzystych:

a) mutacja komórki somatycznej:

 zmutowana komórka staje się nieśmiertelna
 z niej powstają KM nowotworu, np. komórki nabłonka śluzówki

żołądka

b) przekształcenie prawidłowych KM/komórek progenitorowych

c) „zły timing” VSEL  KM zamiast regenerować uszkodzenie budują nowotwór,

np. komórki nabłonka śluzówki żołądka po zakażeniu Helicobacter pylori

d) odbudowanie wcześniej zniszczonego guza przez VSEL, które są oporne na

apoptozę i leki cytostatyczne

2. Model transformacji nowotworowej:

a) w komórce macierzystej następuje mutacja

b) komórka traci kontrolę nad samoodnową

c) powstaje duża pula komórek macierzystych:

 i one dalej mogą sobie mutować tak samo jak powstające z nich komórki

progenitorowe

 końcowe mutacje zachodzą jednak TYLKO w komórkach

progenitorowych konkretnej linii rozwojowej  i potem mamy
konkretny nowotwór

3. Etapy terapii skierowanej na komórki macierzyste nowotworu:

a) identyfikacja KM:

 obecność/brak antygenów powierzchniowych

b) znalezienie metody eliminacji, co nie jest łatwe z powodu oporności na

chemioterapię wynikającej z:

 dużej ilości białek MDR)
 dużej ilości zredukowanego glutationu i białek chroniących przez RFT

c) metody terapii:

 klasyczna terapia powodująca zablokowanie syntezy białek

odpornościowych

 pobudzenie komórek macierzystych do różnicowania się