Stamcelle niche

En stamcelle-niche  er et udtryk, der blev foreslået i 1978 af R. Schofield for mikromiljøet i en stamcelle , hvilket er nødvendigt for dens vitale aktivitet og koordinering af dens adfærd med kroppens behov [1] . Mange forskere betragter en niche som en anatomisk underenhed af et vævsrum .

Ifølge moderne ideer er en niche et forbindende led af kontrol og regulering mellem en celle og en hel organisme [2] [3] [4] [5] [6] . Hun er:

Nichens funktion er baseret på mange indbyrdes forbundne mekanismer [9] : disse er intercellulære interaktioner mellem stamceller såvel som interaktioner mellem stamceller og tilstødende differentierede celler; interaktioner mellem stamceller og ekstracellulære matrixkomponenter [10] ; iltniveau (tilstedeværelse eller fravær af hypoxi ) [11] ; vækstfaktorer og cytokiner ; miljøets fysiske og kemiske tilstand ( pH , dets ionstyrke, og især koncentrationen af ​​Ca 2+ ioner ; tilstedeværelsen af ​​metabolitter og energibærere, såsom for eksempel ATP) [12] . Stigende beviser tyder på, at en af ​​nøglevejene for interaktion mellem stamceller og en niche er miRNA'er  , små ikke-kodende RNA'er [13] [14] . RNA- overførsel mellem celler kan udføres ved hjælp af exosomer - membranvesikler [17][16][15] af celler, der ikke er større end 100 nanometer i størrelse, som betragtes som en af ​​formerne for intercellulær kommunikationudskilt [18] , som kan forhindre dannelsen af ​​en kræftniche. [19] [20]

Under udvikling og for at støtte hinanden i en voksen organisme kan stamceller og en niche have en induktiv effekt i forhold til hinanden [8] . Overtrædelser af disse interaktioner kan føre til udvikling af tumorer.

En niche kan repræsenteres af en eller flere typer interagerende celler såvel som celler sammen med ekstracellulære strukturer såsom den ekstracellulære matrix . Adskillelse af en celle fra matrixen, der interagerer med den, kan føre til celledød som følge af anoikis  , programmeret celledød som følge af tabet af normal interaktion med matrixen [21] [22] [23] .

Nicheceller kan være en kilde til udskilte faktorer og bærere af receptorer placeret på celleoverfladen. Hormonelle og parakrine faktorer, der kontrollerer cellepopulationsfornyelse, -differentiering og apoptose , omfatter følgende familier: Wnt  - Notch [24] [25] , Hedgehog [26] , fibroblast vækstfaktor (FGF) [27] [28] [29] [ 30] , epidermal vækstfaktor (EGF) [10] [31] , transformerende vækstfaktor (TGF-β) [32] , stamcellefaktor ( SCF ) [33] [34] og kemokinfamilien [35 ] som proteiner ekstracellulær matrix som laminin α-5 [36] . For eksempel, ved at manipulere Wnt-signalvejen og visse transkriptionsfaktorer , er det muligt at inducere dannelsen af ​​forskudte nicher i ormen C. elegans [37] såvel som "latente" nicher, der først viser sig efter umodne kønsceller, som et resultat af forskydning, indgå i en unaturlig for normer for kontakt med en population af celler, der udskiller Notch-signalmolekyler [38] . Sådanne latente nicher kan forårsage dannelsen af ​​en germinal tumor - teratom på grund af en krænkelse af udviklingsprogrammet. Nogle kræftcellers evne til selvstændigt at producere komponenterne i en niche, der er nødvendig for deres overlevelse, gør dem grobund for metastaser . Sådanne komponenter omfatter især ekstracellulære matrixproteiner såsom tenescin C (TNC) [39] og periostin (POSTN) [40] . Begge disse proteiner er regulatorer af vigtige signalveje såsom Wnt og Notch [41] .

Nichekonceptet gør det muligt at afsløre mekanismerne for et fald i antallet af stamceller og regenerativ kapacitet i organismens aldringsprocessen [29] [42] . For eksempel, ved at øge aktiviteten af ​​FGF-signalet produceret af muskelfiberens satellitceller, er det muligt at forårsage et fald i antallet af stamceller og følgelig et fald i muskelens regenerative kapacitet. Omvendt, ved at reducere nicheproduktion af FGF-signalet, kan udtømning af satellitstamceller og muskelregenerativ kapacitet forhindres [30] .

Niche in vitro

Det mikromiljø, der pålægges cellen af ​​betingelserne for dens vækst in vitro, har en betydelig indflydelse på cellernes adfærd. Konventionelle 2D-cellekulturer har vist sig at have en række begrænsninger, såsom begrænsede kontakter mellem celler og mellem celler og matrix, hvilket giver celler en flad morfologi og fraværet af realistiske gradienter i cellenichen. For bedre at efterligne betingelserne for cellefunktion i kroppen, blev metoder til dyrkning af celler i et tredimensionelt (3D-) miljø udviklet for bedre at efterligne betingelserne for deres funktion i kroppen. For eksempel har det vist sig, at når celler i det papillære lag af menneskelige hårsække dyrkes i form af sfæroider i en hængende dråbe, når cellerne vokser som i et mere naturligt tredimensionelt miljø og interagerer med hinanden. de er i stand til at re-inducere dannelsen af ​​hårsække i menneskelig hud [43] ; dyrkning af adipocytter i en flydende suspension, hvori de danner sfæroider, gør det muligt at transformere celler opnået ved fedtsugning til leverceller uden en mellemfase af pluripotente celler og på kun 9 dage [44] ; neurale progenitorceller kan opnås direkte fra fibroblaster ved at danne kugler i 3D-cellekultur, forårsaget af tvungen vækst af celler på en overflade med lav bindingskapacitet [45] . Bevarelse af evnen til at proliferere hæmatopoietiske stamceller (HSC'er) var [46].knogle, end i standard 2D-kulturertrabekulærden svampede arkitektur af, der efterlignerhydrogelsubstratmere udtalt i 3D-kultur, i en kunstig niche skabt ved hjælp af et makroporøst I fremtiden kan sådanne "frø" være nyttige i kampen mod diabetes som "reservedele" [47] .

Mekaniske og biofysiske interaktioner i stamcellenichen involveret i reguleringen af ​​deres udvikling og bestemmelse af deres skæbne gennemgås: [48] ,

Noter

  1. ↑ Schofield R (1978) Forholdet mellem den miltkoloni-dannende celle og den hæmopoietiske stamcelle. Blood Cells, 4:7-25. PMID 747780 .
  2. ↑ Bilder, D., & O'Brien, LE (2013). Beyond the Niche: Vævsniveaukoordinering af stamcelledynamik. Annual Review of Cell and Developmental Biology, 29(1). doi : 10.1146/annurev-cellbio-101512-122319 .
  3. ↑ Chenhui Wang, Pei Wen, Pei Sun Ph.D., Rongwen Xi (2013) Stem Cell Niche. I: Regenerativ medicin. Kapitel 3, s. 79-106 doi : 10.1007/978-94-007-5690-8_3
  4. ↑ Lander AD, Kimble J, Clevers H, Fuchs E, Montarras D, Buckingham M, Calof AL, Trumpp A, Oskarsson T. (2012) Hvad betyder begrebet stamcelleniche egentlig i dag? BMC Biology 2012 10:19 doi : 10.1186/1741-7007-10-19 .
  5. ↑ Justin Voog, D. Leanne Jones (2010) Stem Cells and the Niche: A Dynamic Duo. Celle Stamcelle 6(2), 103-115 doi : 10.1016/j.stem.2010.01.011
  6. ↑ Kiefer, JC (2011), Primer og interviews: Den dynamiske stamcelle-niche. dev. Dyn., 240: 737-743. doi : 10.1002/dvdy.22566
  7. ↑ Ema H, Suda T. (2012) To anatomisk adskilte nicher regulerer stamcelleaktivitet. Blod. 2012 13. september;120(11):2174-81. doi : 10.1182/blood-2012-04-424507
  8. ↑ 1 2 Jaclyn GY Lim og Margaret T. Fuller (2012) Somatisk cellelinje er påkrævet for differentiering og ikke vedligeholdelse af kimlinjestamceller i Drosophila testikler. PNAS 109 (45) 18477-18481, doi : 10.1073/pnas.1215516109
  9. ↑ Peter Breslin SJ, Andrew Volk og Jiwang Zhang (2013) Stamcellenichen og dens rolle i selvfornyelse, aldring og malignitet i: stamceller. Ed. af Robert A. Meyers. Wiley-Blackwell ISBN 978-3-527-32925-0 , s. 677-726
  10. ↑ 1 2 Maria Felice Brizzi, Guido Tarone, Paola Defilippi (2012) Ekstracellulær matrix, integriner og vækstfaktorer som skræddere af stamcellenichen. Current Opinion in Cell Biology 24(5), 645-651 doi : 10.1016/j.ceb.2012.07.001
  11. ↑ Norifumi Urao, Masuko Ushio-Fukai (2012) Redox-regulering af stam-/progenitorceller og knoglemarvsniche. Fri radikal biologi og medicin doi : 10.1016/j.freeeradbiomed.2012.10.532
  12. ↑ Sireewan Kaewsuwan, Seung Yong Song, Ji Hye Kim og Jong-Hyuk Sung (2012) Efterligner den funktionelle niche af fedtafledte stamceller til regenerativ medicin. Ekspertudtalelse om biologisk terapi, 12(12), 1575-1588 doi : 10.1517/14712598.2012.721763
  13. ↑ Laine SK, Hentunen T., Laitala-Leinonen T. (2012) Regulerer mikroRNA'er knoglemarvsstamcellers nichefysiologi? Gene, 497(1), s. 1-9 doi : 10.1016/j.gene.2012.01.045
  14. ↑ Eric R. Lechman, Bernhard Gentner, Peter van Galen et al. & Luigi Naldini.(2012) Dæmpning af miR-126 aktivitet udvider HSC in vivo uden udmattelse. Celle Stamcelle,; doi : 10.1016/j.stem.2012.09.001
  15. ↑ Cecilia Lässer, Maria Eldh, Jan Lötvall (2012) The Role of Exosomal Shuttle RNA (esRNA) in Cell-to-Cell Communication. Emerging Concepts of Tumor Exosome-Mediated Cell-Cell Communication. Zhang, Huang-Ge (Ed.) 2013, s. 33-45 ISBN 978-1-4614-3697-3 doi : 10.1007/978-1-4614-3697-3_2
  16. ↑ Yi Lee1, Samir EL Andaloussi og Matthew JA Wood (2012) Eksosomer og mikrovesikler: ekstracellulære vesikler til genetisk informationsoverførsel og genterapi. Hum. Mol. Genet. (2012) 21(R1):R125-R134. doi : 10.1093/hmg/dds317
  17. ↑ Claudia Bang, Thomas Thum. (2012) Exosomes: Nye spillere i celle-celle-kommunikation. The International Journal of Biochemistry & Cell Biology 44:11, 2060-2064.
  18. ↑ Vickers, Kasey C.; Remaley, Alan T. (2012) Lipidbaserede bærere af mikroRNA'er og intercellulær kommunikation. Current Opinion in Lipidology: 23(2), 91-97 doi : 10.1097/MOL.0b013e328350a425
  19. ↑ Muller Fabbri (2012) TLR'er som miRNA-receptorer Arkiveret 24. juli 2013 på Wayback Machine . Cancer Res, 72:6333-6337; doi : 10.1158/0008-5472.CAN-12-3229
  20. ↑ Ruowen Ge, Evan Tan, Soheila Sharghi-Namini og Harry H. Asada (2012) Exosomes in Cancer Microenvironment and Beyond: har vi overset disse ekstracellulære budbringere? Kræft mikromiljø. ; 5(3): 323-332. doi : 10.1007/s12307-012-0110-2
  21. ↑ Frisch SM, Screaton RA (2001). Anoikis mekanismer. Current Opinion in Cell Biology 13(5): 555-62. doi : 10.1016/S0955-0674(00)00251-9 . PMID 11544023
  22. ↑ Chiarugi, P., & Giannoni, E. (2008). Anoikis: et nødvendigt dødsprogram for forankringsafhængige celler. Biochemical pharmacology, 76(11), 1352-1364. doi : 10.1016/j.bcp.2008.07.023
  23. ↑ Ishikawa, F., Ushida, K., Mori, K., & Shibanuma, M. (2015). Tab af forankring inducerer primært ikke-apoptotisk celledød i en human brystepitelcellelinje under atypisk fokal adhæsionskinasesignalering. Celledød & sygdom, 6(1), e1619; doi : 10.1038/cddis.2014.583
  24. ↑ Muñoz-Descalzo, S., de Navascues, J. og Arias, AM (2012), Wnt-Notch-signalering: En integreret mekanisme, der regulerer overgange mellem celletilstande. Bioessays, 34: 110-118. doi : 10.1002/bies.201100102
  25. ↑ Roozen, PPC, Brugman, MH og Staal, FJT (2012), Differential requirements for Wnt and Notch signaling in hæmatopoietic versus thymus nicher. Annals of the New York Academy of Sciences, 1266: 78-93. doi : 10.1111/j.1749-6632.2012.06626.x
  26. ↑ Marcus Michel, Adam P. Kupinski og Isabel Raabe (2012) Hh-signalering er essentiel for somatisk stamcellevedligeholdelse i Drosophila testis-nichen. J Cell Sci 125:el; doi : 10.1242/jcs.116673
  27. ↑ Di Maggio, N., Mehrkens, A., Papadimitropoulos, A., Schaeren, S., Heberer, M., Banfi, A. og Martin, I. (2012), Fibroblast Growth Factor-2 Maintains a Niche-Dependent Population af selvfornyende højpotente ikke-adhærente mesenkymale stamfædre gennem FGFR2c. STAMCELLER, 30: 1455-1464. doi : 10.1002/stem.1106
  28. ↑ Potthoff MJ, Kliewer SA & Mangelsdorf DJ (2012) Endokrine fibroblast vækstfaktorer 15/19 og 21: fra fest til hungersnød. Gener & Dev. 2012. 26: 312-324 doi : 10.1101/gad.184788.111
  29. ↑ 1 2 Kim Baumann (2012) Stamceller: En aldringsforringelse. Nature Reviews Molecular Cell Biology 13, 681 doi : 10.1038/nrm3464
  30. ↑ 1 2 Joe V. Chakkalakal, Kieran M. Jones, M. Albert Basson & Andrew S. Brack (2012) Den gamle niche forstyrrer muskelstamcellehvilen. Nature 490, 355-360 doi : 10.1038/nature11438
  31. ↑ Parrott BB, Hudson A, Brady R, Schulz C (2012) Kontrol af kimlinjestamcelledelingsfrekvens - en ny, udviklingsreguleret rolle for epidermal vækstfaktorsignalering. PLOS One. 2012;7(5): e36460 doi : 10.1371/journal.pone.0036460
  32. ↑ Park JK, Ki MR, Lee EM, al. &, Jeong KS (2012) Losartan forbedrer fedtvævs-afledt stamcelle-niche ved at hæmme transformerende vækstfaktor-β og fibrose i skeletmuskelskade. Celletransplantation. doi : 10.3727/096368912X637055
  33. ↑ Salm, S., Burger, PE og Wilson, EL (2012) TGF-β og stamcellefaktor regulerer celleproliferation i den proksimale stamcelle-niche. Prostata, 72(9) 998-1005. doi : 10.1002/pros.21505
  34. ↑ Lei Ding, Thomas L. Saunders, Grigori Enikolopov & Sean J. Morrison (2012) Endotel- og perivaskulære celler opretholder hæmatopoietiske stamceller. Nature 481, 457-462 doi : 10.1038/nature10783
  35. ↑ Nishida C, Kusubata K, Tashiro Y, et al & Hattori K. (2012) MT1-MMP spiller en kritisk rolle i hæmatopoiese ved at regulere HIF-medieret kemokin/cytokin-gentransskription i nicheceller. Blod. 7. juni 2012;119(23):5405-16. doi : 10.1182/blood-2011-11-390849 .
  36. ↑ Alex Laperle, Cheston Hsiao, Michael Lampe, Jaime Mortier, Krishanu Saha, Sean P. Palecek, Kristyn S. Masters (2015). α-5-laminin syntetiseret af humane pluripotente stamceller fremmer selvfornyelse. Stamcellerapporter 5(2), 195-206. doi : 10.1016/j.stemcr.2015.06.009
  37. ↑ Jackson BM, Eisenmann DM (2012) β-catenin-afhængig Wnt-signalering i C. elegans: at lære en gammel hund et nyt trick. Cold Spring Harb Perspect Biol. ;4(8): a007948. doi : 10.1101/cshperspect.a007948
  38. ↑ McGovern M, Voutev R, Maciejowski J, Corsi AK, Hubbard EJ (2009) En 'latent niche'-mekanisme til tumorinitiering. Proc Natl Acad Sci USA 2009, 106:11617-11622
  39. ↑ Oskarsson T, Acharyya S, Zhang XH, et al. & Massague J (2011) Brystkræftceller producerer tenascin C som en metastatisk nichekomponent til at kolonisere lungerne. Nat Med, 17:867-874.
  40. ↑ Wang Z, Ouyang G. (2012) Periostin: en bro mellem cancerstamceller og deres metastatiske niche. Celle stamcelle. ;10(2):111-112 doi : 10.1016/j.stem.2012.01.002 .
  41. ↑ Malanchi I, Santamaria-Martinez A. et al. & Huelsken J (2012) Interaktioner mellem cancerstamceller og deres niche styrer metastatisk kolonisering. Nature, 481:85-89.
  42. ↑ Gopinath, SD og Rando, TA (2008), Stem Cell Review Series: Aldring af skeletmuskulaturens stamcelle-niche. Aging Cell, 7: 590-598. doi : 10.1111/j.1474-9726.2008.00399.x
  43. ↑ Higgins CA, Chen JC, Cerise JE, et al. & Christiano AM (2013) Mikromiljøomprogrammering ved tredimensionel kultur gør det muligt for dermale papillaceller at inducere de novo menneskelig hårfollikelvækst. PNAS, doi : 10.1073/pnas.1309970110
  44. ↑ Xu, Dan ; Nishimura, Toshihiko ; Zheng, Ming et al. & Peltz, Gary (2013) Muliggør autolog human leverregenerering med differentierede adipocytstamceller. Celletransplantation
  45. ↑ Guannan Su, Yannan Zhao, Jianshu Wei, et al. & Jianwu Dai (2013) Direkte omdannelse af fibroblaster til neurale progenitor-lignende celler ved tvungen vækst til 3D-sfærer på lave vedhæftningsflader. Biomaterials, 34(24), 5897-5906 doi : 10.1016/j.biomaterials.2013.04.040
  46. ↑ Raic, A., Rödling, L., Kalbacher, H., & Lee-Thedieck, C. (2013). Biomimetiske makroporøse PEG-hydrogeler som 3D-stilladser til multiplikation af humane hæmatopoietiske stam- og progenitorceller. biomaterialer. doi : 10.1016/j.biomaterials.2013.10.038
  47. ↑ Greggio, C., De Franceschi, F., Figueiredo-Larsen, et al. & Grapin-Botton, A. (2013) Kunstige tredimensionelle nicher dekonstruerer bugspytkirteludvikling in vitro Arkiveret 19. oktober 2013 på Wayback Machine . Development, 140(21), 4452-4462. doi : 10.1242/dev.096628
  48. ↑ Conway, A., & Schaffer, DV(2012) Biofysisk regulering af stamcelleadfærd inden for nichen Arkiveret 12. november 2013 på Wayback Machine . Stamcelleforskning og terapi

Litteratur

Links