EMB4. Stamcellen Flashcards
Eigenschappen van stamcellen
- Zelfvernieuwing en proliferatie: oneindig aantal keer delen in ongedifferentieerde status
- Differentiatie
stamcelkarakter van cellen uit de embryoblast
ze kunnen zich specialiseren tot alle celtypes die nodig zijn voor de ontwikkeling van het embryo
definitie van multipotente stamcellen
geven aanleiding tot gespecialiseerde cellen van 1 kiemlaag
volwassen stamcel
niet gedifferentieerde cel die na geboorte voorkomt in een gedifferentieerd weefsel
transdifferentiatie
menselijke multipotente stamcellen die pluripotente eigenschappen bezitten, ze zijn in staat te differentiëren tot cellen van een andere kiemlaag
voorbeelden van multipotente stamcellen
- Hematopoëtische stamcellen
- Mesenchymale stamcellen in het beenmerg
totipotente stamcellen
onbegrensd ontwikkelingspotentieel => embryonaal en extra-embryonaal weefsel
pluripotente stamcellen
- nakomeling totipotente stamcellen
- voorbestemming afhankelijk van positie in embryo (trofoblast/embryoblast)
unipotente stamcellen
ontwikkelen tot 1 celtype
verschil unipotente stamcellen en niet-stamcellen
zelfvernieuwing
feeder-laag
fibroblasten die factoren uitscheiden in het medium waar de ES cellen groeien
LIF
- Leukemia Inhibitory Factor
- Interleukine-6 cytokine familie
- dit werd door fibroblasten in de feeder-laag geproduceerd
Functie LIF van cultuurmedium
ongedifferentieerde staat van cellen behouden
Principe van LIF
- LIF bindt aan LIF-receptorcomplex
- Activatie van 4 intracellulaire pathways: JAK-STAT3 en Ras/MAPK
JAK-STAT3
- JAK fosforyleren beide receptorketens
- STAT3: bezit een SH2 domein, wordt gefosforyleerd door JAK
- STAT3 dimerisatie
- STAT3 dimeer verplaatst naar nucleus en bindt daar op het DNA
JAK-STAT3 belang
zelfvernieuwing van ES cellen
Ras/MAPK pathway
- SHP2 wordt gerekruteerd naar receptor en bindt daar met Gab1
- Activatie Ras
- reeks transfosforylaties
- activatie ERKS
Functie ERKs
fosforylatie van cytoplasmatische proteïnen, ze moduleren de activiteit van de transcriptionele modulators in de nucleus
belang Ras/MAPK pathway
pro-differentiatie signaal, het leidt tot een verhoogde STAT3 signalisatie
Toevoeging van MEK inhibitoren aan de Ras/MAPK
zelfvernieuwing stimuleren want het inhibeert deze pathway
LIF + BMP
pluropotentie van ES cellen onderhouden
BMP (kenmerken)
- werkt anti-neuraal
- ES cellen in serumvrij medium differentiëren spontaan naar een neuraal fenotype
Medium met alleen BMP
differentiatie tot hemapoëtische en mesodermale cellen
Principe BMP signalisatie
- BMP bindt aan heterodimeer van type I en II serine theorine receptor
- fosforylatie Smad1
- activatie van de expressie van inhibitors of differentiation familie: Id1 en Id2 inhiberen neurale differentiatie
Functies van BMP
- activatie van transcriptionele repressie
- zelfvernieuwing ondersteunen door inhibitie van MAPK pathway (ERKs inhiberen zodat de cellen hun pluripotente staat behouden)
=> inhibitie van neuro-ectodermale differentiatie van ES cellen
Activatie van STAT3 pathway door LIF (reactie op BMP)
Inhiberen van de BMP-geïnduceerde endoderm en mesoderm differnentiatie
kenmerkende transcriptiefactoren
Oct4, Nanog, SOX2
Oct3/4 functies
- expressie in totipotente en pluripotente stamcellen
- pluripotentie in stand houden
- beslissing of een cel trofoblast of embryoblast gaat worden
expressie levels van Oct3/4
concentratie bepaald het effect ervan
- 100%: behoud pluripotentie
- overexpressie: ES differentiatie richting mesoderm/endoderm
- onderexpressie: ES differentiatie richting trofoblast
Functies Nanog
- zelfvernieuwing stimuleren
- differentiatie in afwezigheid van LIF voorkomen
inhibitie van Nanog
differentiatie naar extra-embryonaal weefsel
Nanog promotor bevat…
Oct4/SOX2 bindingsplaats => Nanog werkt downstream van Oct4
Functie SOX2
behoud van pluripotentie en zelfvernieuwing
Wat doet SOX2
heterodimeer vormen met Oct4 en dan target genen activeren
autoregulatie van SOX2 en Oct4
kunnen hun eigen transcriptieniveau reguleren door te binden op eigen promotor en hun eigen transriptie te induceren
4 mogelijkheden om de celstatus in dochtercellen te doen verschillen
- asymmetrische deling
- differentiatie door signalisatie
- laterale inhibitie
- positionele identiteit
2 types van stamceldeling
- symmetrische deling: 2 identieke dochtercellen
- asymmetrische deling: stamcel + progenitor cel
Principe van asymmetrische stamceldeling
- deling stamcel: er ontstaan 2 dochtercellen met een verschillende differentiatiepotentieel (herhaalt zich enkele keren)
- 1 dochtercel verliest de eigenschap van zelfvernieuwing, het is een progenitorcel
- de dochtercellen van progenitorcellen differentiëren tot nog verdere gedifferentieerde cellen, transitionele cellen
- transitionele cellen delen zich nog verder tot de differentiatiegraad zo hoog is dat de dochtercellen niet meer aan mitose kunnen doen => terminale cellen
differentiatielijn
- stamcel
- progenitorcel
- transitionele cel
- terminale cel
intrinsiek mechanisme
asymmetrische verdeling van determinanten
asymmetrische verdeling van determinanten
- instructies van genactiviteit liggen in de cel zelf opgeslagen
- info voor determinanten is niet symmetrisch verdeeld over de stamcel
- dit zorgt voor een verschil in celstatus van de dochtercellen
hoe zorgt asymmetrische verdeling van info voor determinanten voor een verschil in celstatus van de dochtercellen
tijdens de mitose ligt de cytoplasmatische info niet symmetrisch tov equatoriaalvlak
extrinsiek mechanisme
stamcel niche
voorbeelden van extrinsiek mechanisme
cel-cel communicatie
wat is de stamcelniche
de micro-omgeving waarin stamcellen zich bevinden
Belang stamcelniche
Bij deling van de stamcel kan 1 dochtercel contact blijven houden met de niche, de andere dochtercel verliest contact met de niche en zal de stimuli om het stamcelkarakter te behouden ontbreken. Deze laatste cel zal differentiëren naar een meer gespecialiseerd celtype.
voorbeelden van endogene stamcellen
- hematopoëtische stamcellen
- mesenchymale stamcellen
eigenschappen van hematopoëtische stamcellen
- multipotent
- beenmerg
- aanleiding tot ontstaan van alle bloedcellen
eigenschappen van mesenchymale stamcellen
- multipotent
- in vitro: differentiatie naar osteoblasten, chondroblasten, adipocyten
- potentieel in regeneratie van weefsel
waarom zijn embryonale stamcellen het meest geschikt voor stamceltherapie?
hun potentie is zo groot dat ze kunnen differentiëren tot eendere welk celtype
Nadelen van stamceltherapie met embryonale stamcellen
- differentiatieproces is niet goed gekarakteriseerd
- gedrag van de geïmplanteerde pluripotente cellen is niet goed voorspelbaar, ze kunnen oncogene effecten veroorzaken
SCNT
cellen kloneren door embryonale stamcellen te maken maar dan met ander DNA
Hoe wordt SCNT toegepast
- bestaande kern van een oöcyte vernietigen
- kern van een somatische cel via micro-injectie in oöcyt injecteren
Toepassing SCNT
kloon van een bestaand individu creëren door de blastocyste in de baarmoeder van een moederdier te implanteren
resultaten van het kloneren van een bestaand individu
- afsterven vroegtijdig in de ontwikkeling
- niet-levensvatbare neonatans
- individu vertoont onveranderlijke multipele afwijkingen
oorzaak mislukking van kloneren via SCNT
ontwikkelingsgenen zijn bij de kloon niet in balans
Wat is therapeutisch kloneren
embryonale stamcellen maken met hetzelfde genetisch materiaal als de patiënt
Principe therapeutisch kloneren
- celkern + genetisch materiaal uit een reeds gedifferentieerde cel halen
- celkern + genetisch materiaal in een lege eicel brengen
- de blastocyste die ontstaat is de bron van embryonale stamcellen
iPSC
gedifferentieerde cellen herprogrammeren tot pluripotente stamcellen (induced pluripotent stem cells)
principe iPSC
- menselijke genen die actief zijn in pluripotente cellen toevoegen aan gedifferentieerde cellen
- die cellen blootstellen aan Yamanaka factoren
- differentiatie naar andere celtype
Yamanaka factoren
- c-MYC
- SOX2
- Oct3/4
- KLF-4
voordelen iPSC
- pluripotentie
- kunnen gemaakt worden van eender welk celtype
=> geen embryo nodig
=> van patiënt zelf (transplantatie zonder afstoting)
nadelen iPSC
- duur
- inefficiënt want lage opbrengst
- kans op tumorvorming in vivo
epigenetica
alle erfelijke mechanismen die de mate van expressie van een gen kunnen moduleren zonder wijziging van de DNA-sequentie
Parentale imprinting
Verschillen in mate van expressie van een aantal genen afhankelijk van het feit of het gen afkomstig is van de moeder of de vader
voor normale ontwikkeling zijn…
paternale en maternale chromosomen vereist, 1 pronucleus afkomstig van de eicel en 1 pronucleus afkomstig van de zaadcel
stel beide pronuclei zijn afkomstig van spermatozoa stammen
- androgenetische embryo’s
- massa placentair weefsel
stel beide pronuclei zijn afkomstig van eicellen
- gynogenetische embryo’s
- embryonale gebied ontwikkelt eerst normaal
=> verstoring van patroonvorming
=> ontwikkeling valt stil
=> vrucht sterft af
oorzaak van parentale imprinting
methylering van bepaalde basen tijdens de gametogenese
resultaat van parentale imprinting
silencing/activatie van genen => verschillende expressie van maternale en paternale genen die anders identiek zouden zijn
biologisch belang van parentale imprinting
overexpressie van genen vermijden
dosiscompensatie
- X-chromosoom bevat meer genen dan het Y-chromosoom
- methylering van 1 van de X-chromosomen van de vrouwelijke cellen => barr-lichaampje
hoezo is elke vrouw een mozaïek
omdat het in elke cel willekeurig is welk X-chromosoom geïnactiveerd wordt
