Stamcellsnisch

En stamcellsnisch  är en term som föreslogs 1978 av R. Schofield för mikromiljön av en stamcell , nödvändig för dess livsviktiga aktivitet och koordinering av dess beteende med kroppens behov [1] . Många forskare betraktar en nisch som en anatomisk underenhet av ett vävnadsfack .

Enligt moderna idéer är en nisch en förbindande länk för kontroll och reglering mellan en cell och en hel organism [2] [3] [4] [5] [6] . Hon är:

Nischens funktion är baserad på många inbördes relaterade mekanismer [9] : dessa är intercellulära interaktioner mellan stamceller, såväl som interaktioner mellan stamceller och närliggande differentierade celler; interaktioner mellan stamceller och extracellulära matriskomponenter [10] ; syrenivå (närvaro eller frånvaro av hypoxi ) [11] ; tillväxtfaktorer och cytokiner ; omgivningens fysiska och kemiska tillstånd ( pH , dess jonstyrka, och i synnerhet koncentrationen av Ca 2+ joner ; närvaron av metaboliter och energibärare, såsom till exempel ATP) [12] . Allt fler bevis tyder på att en av nyckelvägarna för interaktion mellan stamceller och en nisch är miRNA  , små icke-kodande RNA [13] [14] . RNA- överföring mellan celler kan utföras med hjälp av exosomer - membranvesiklar som [17][16][15] av celler som inte är större än 100 nanometer i storlek, vilka anses vara en av formerna av intercellulär kommunikationutsöndras [18] , som kan förhindra bildandet av en cancernisch. [19] [20]

Under utveckling och för att stödja varandra i en vuxen organism kan stamceller och en nisch ha en induktiv effekt i förhållande till varandra [8] . Brott mot dessa interaktioner kan leda till utveckling av tumörer.

En nisch kan representeras av en eller flera typer av interagerande celler, såväl som celler tillsammans med extracellulära strukturer såsom den extracellulära matrisen . Separation av en cell från matrisen som interagerar med den kan leda till celldöd som ett resultat av anoikis  , programmerad celldöd som ett resultat av förlusten av normal interaktion med matrisen [21] [22] [23] .

Nischceller kan vara en källa till utsöndrade faktorer och bärare av receptorer som finns på cellytan. Hormonella och parakrina faktorer som kontrollerar cellpopulationsförnyelse, differentiering och apoptos inkluderar följande familjer: Wnt  - Notch [24] [25] , Hedgehog [26] , fibroblasttillväxtfaktor (FGF) [27] [28] [29] [ 30] , epidermal tillväxtfaktor (EGF) [10] [31] , transformerande tillväxtfaktor (TGF-β) [32] , stamcellsfaktor ( SCF ) [33] [34] och kemokinfamiljen [35] . som proteiner extracellulär matris som laminin α-5 [36] . Till exempel, genom att manipulera Wnt-signalvägen och vissa transkriptionsfaktorer , är det möjligt att inducera bildandet av förskjutna nischer i masken C. elegans [37] , såväl som "latenta" nischer som visar sig först efter omogna könsceller, som ett resultat av förskjutning, gå in i en onaturlig för normer för kontakt med en population av celler som utsöndrar Notch-signalmolekyler [38] . Sådana latenta nischer kan orsaka bildandet av en germinal tumör - teratom på grund av en kränkning av utvecklingsprogrammet. Vissa cancercellers förmåga att självständigt producera komponenterna i en nisch som är nödvändig för deras överlevnad gör dem till grogrund för metastaser . Sådana komponenter inkluderar i synnerhet extracellulära matrisproteiner såsom tenescin C (TNC) [39] och periostin (POSTN) [40] . Båda dessa proteiner är regulatorer av viktiga signalvägar som Wnt och Notch [41] .

Nischkonceptet gör det möjligt att avslöja mekanismerna för en minskning av antalet stamceller och regenerativ förmåga i organismens åldrandeprocess [29] [42] . Till exempel, genom att öka aktiviteten hos FGF-signalen som produceras av muskelfiberns satellitceller, är det möjligt att orsaka en minskning av antalet stamceller och följaktligen en minskning av muskelns regenerativa kapacitet. Omvänt, genom att minska nischproduktionen av FGF-signalen, kan utarmning av satellitstamceller och muskelregenerativ kapacitet förhindras [30] .

Nisch in vitro

Den mikromiljö som påtvingas cellen av betingelserna för dess tillväxt in vitro har ett betydande inflytande på cellers beteende. Konventionella 2D-cellkulturer har visat sig ha ett antal begränsningar, såsom begränsade kontakter mellan celler och mellan celler och matris, vilket ger celler en platt morfologi och frånvaron av realistiska gradienter i cellnisch. För att bättre efterlikna villkoren för cellfunktion i kroppen utvecklades metoder för att odla celler i en tredimensionell (3D-) miljö för att bättre efterlikna villkoren för deras funktion i kroppen. Till exempel har det visat sig att när celler i det papillära lagret av mänskliga hårsäckar odlas i form av sfäroider i en hängande droppe, när cellerna växer som i en mer naturlig tredimensionell miljö och interagerar med varandra, de kan återinducera bildandet av hårsäckar i mänsklig hud [43] ; odling av adipocyter i en flytande suspension i vilken de bildar sfäroider gör det möjligt att transformera celler erhållna genom fettsugning till leverceller utan en mellanfas av pluripotenta celler och på bara 9 dagar [44] ; neurala progenitorceller kan erhållas direkt från fibroblaster genom att bilda sfärer i 3D-cellkultur, orsakad av påtvingad tillväxt av celler på en yta med låg bindningskapacitet [45] . Bevarandet av förmågan att föröka hematopoetiska stamceller (HSC) var [46].ben, än i standard 2D-kulturertrabekulärtden svampiga arkitekturen hossom efterliknarhydrogelsubstratmer uttalad i 3D-kultur, i en konstgjord nisch skapad med ett makroporöst I framtiden kan sådana "frön" vara användbara för kampen mot diabetes som "reservdelar" [47] .

Mekaniska och biofysiska interaktioner i stamcellsnisch som är involverade i regleringen av deras utveckling och bestämning av deras öde granskas: [48] ,

Anteckningar

  1. ↑ Schofield R (1978) Förhållandet mellan den mjältkolonibildande cellen och den hemopoietiska stamcellen. Blood Cells, 4:7-25. PMID 747780 .
  2. ↑ Bilder, D., & O'Brien, LE (2013). Beyond the Niche: Vävnadsnivåkoordinering av stamcellsdynamik. 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) Stamcellsnisch. I: Regenerative Medicine. Kapitel 3, sid 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) Vad betyder egentligen begreppet stamcellsnisch idag? 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. Cell Stem Cell 6(2), 103-115 doi : 10.1016/j.stem.2010.01.011
  6. ↑ Kiefer, JC (2011), Primer och intervjuer: Den dynamiska stamcellsnisch. dev. Dyn., 240: 737-743. doi : 10.1002/dvdy.22566
  7. ↑ Ema H, Suda T. (2012) Två anatomiskt distinkta nischer reglerar stamcellsaktivitet. Blod. 2012 sep 13;120(11):2174-81. doi : 10.1182/blood-2012-04-424507
  8. ↑ 1 2 Jaclyn GY Lim och Margaret T. Fuller (2012) Somatisk celllinje krävs för differentiering och inte underhåll av könslinjestamceller i Drosophila testiklar. PNAS 109 (45) 18477-18481, doi : 10.1073/pnas.1215516109
  9. ↑ Peter Breslin SJ, Andrew Volk och Jiwang Zhang (2013) Stamcellsnischen och dess roll i självförnyelse, åldrande och malignitet i: stamceller. Ed. av 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) Extracellulär matris, integriner och tillväxtfaktorer som skräddare av stamcellsnisch. Current Opinion in Cell Biology 24(5), 645-651 doi : 10.1016/j.ceb.2012.07.001
  11. ↑ Norifumi Urao, Masuko Ushio-Fukai (2012) Redoxreglering av stam-/faderceller och benmärgsnisch. Fri radikal biologi och medicin doi : 10.1016/j.freeeradbiomed.2012.10.532
  12. ↑ Sireewan Kaewsuwan, Seung Yong Song, Ji Hye Kim och Jong-Hyuk Sung (2012) Efterliknar den funktionella nischen av fetthärledda stamceller för regenerativ medicin. Expertutlåtande om biologisk terapi, 12(12), 1575-1588 doi : 10.1517/14712598.2012.721763
  13. ↑ Laine SK, Hentunen T., Laitala-Leinonen T. (2012) Reglerar mikroRNA benmärgsstamcellsnischfysiologi? Gene, 497(1), sid. 1-9 doi : 10.1016/j.gene.2012.01.045
  14. ↑ Eric R. Lechman, Bernhard Gentner, Peter van Galen et al. & Luigi Naldini.(2012) Attenuation of miR-126 Activity Expands HSC In Vivo utan utmattning. Cell Stamcell,; 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. Framväxande koncept för tumörexosom-medierad cell-cellkommunikation. 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 och Matthew JA Wood (2012) Exosomer och mikrovesiklar: extracellulära vesiklar för genetisk informationsöverföring och genterapi. Brum. Mol. Genet. (2012) 21(R1):R125-R134. doi : 10.1093/hmg/dds317
  17. ↑ Claudia Bang, Thomas Thum. (2012) Exosomer: Nya aktörer inom cell-cellkommunikation. The International Journal of Biochemistry & Cell Biology 44:11, 2060-2064.
  18. ↑ Vickers, Kasey C.; Remaley, Alan T. (2012) Lipidbaserade bärare av mikroRNA och intercellulär kommunikation. Current Opinion in Lipidology: 23(2), 91-97 doi : 10.1097/MOL.0b013e328350a425
  19. ↑ Muller Fabbri (2012) TLRs som miRNA-receptorer Arkiverade 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 och Harry H. Asada (2012) Exosomes in Cancer Microenvironment and Beyond: har vi förbisett dessa extracellulära budbärare? Cancer mikromiljö. ; 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: ett nödvändigt dödsprogram för förankringsberoende 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). Förlust av förankring inducerar primärt icke-apoptotisk celldöd i en human bröstepitelcellinje under atypisk fokal adhesionskinassignalering. Cell Death & Disease, 6(1), e1619; doi : 10.1038/cddis.2014.583
  24. ↑ Muñoz-Descalzo, S., de Navascues, J. och Arias, AM (2012), Wnt-Notch-signalering: En integrerad mekanism som reglerar övergångar mellan celltillstånd. Bioessays, 34: 110-118. doi : 10.1002/bies.201100102
  25. ↑ Roozen, PPC, Brugman, MH och Staal, FJT (2012), Differential requirements for Wnt and Notch signaling in hematopoetic versus thymic niches. 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 och Isabel Raabe (2012) Hh-signalering är avgörande för underhåll av somatisk stamcell i Drosophila testikelnisch. J Cell Sci 125:el; doi : 10.1242/jcs.116673
  27. ↑ Di Maggio, N., Mehrkens, A., Papadimitropoulos, A., Schaeren, S., Heberer, M., Banfi, A. och Martin, I. (2012), Fibroblast Growth Factor-2 Maintains a Niche-Dependent Population av självförnyande högpotenta icke-adherenta mesenkymala stamfader genom FGFR2c. STAMCELLER, 30: 1455-1464. doi : 10.1002/stem.1106
  28. ↑ Potthoff MJ, Kliewer SA & Mangelsdorf DJ (2012) Endokrina fibroblasttillväxtfaktorer 15/19 och 21: från fest till svält. Gener & Dev. 2012. 26: 312-324 doi : 10.1101/gad.184788.111
  29. ↑ 1 2 Kim Baumann (2012) Stem cells: An aging decline. 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 åldrade nischen stör muskelstamcellsvilan. Nature 490, 355-360 doi : 10.1038/nature11438
  31. ↑ Parrott BB, Hudson A, Brady R, Schulz C (2012) Kontroll av könslinjestamcellsdelningsfrekvens - en ny, utvecklingsmässigt reglerad roll för signalering av epidermal tillväxtfaktor. PLOS One. 2012;7(5): e36460 doi : 10.1371/journal.pone.0036460
  32. ↑ Park JK, Ki MR, Lee EM, al. &, Jeong KS (2012) Losartan förbättrar fettvävnadshärledd stamcellsnisch genom att hämma Transforming Growth Factor-β och fibros vid skelettmuskelskada. Celltransplantation. doi : 10.3727/096368912X637055
  33. ↑ Salm, S., Burger, PE och Wilson, EL (2012) TGF-β och stamcellsfaktor reglerar cellproliferation i den proximala stamcellsnisch. Prostata, 72(9) 998-1005. doi : 10.1002/pros.21505
  34. ↑ Lei Ding, Thomas L. Saunders, Grigori Enikolopov & Sean J. Morrison (2012) Endotel- och perivaskulära celler upprätthåller hematopoetiska stamceller. Nature 481, 457-462 doi : 10.1038/nature10783
  35. ↑ Nishida C, Kusubata K, Tashiro Y, et al & Hattori K. (2012) MT1-MMP spelar en avgörande roll i hematopoiesis genom att reglera HIF-medierad kemokin/cytokin-gentranskription inom nischceller. 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 syntetiserat av mänskliga pluripotenta stamceller främjar självförnyelse. Stem Cell Reports 5(2), 195-206. doi : 10.1016/j.stemcr.2015.06.009
  37. ↑ Jackson BM, Eisenmann DM (2012) β-catenin-beroende Wnt-signalering i C. elegans: lära en gammal hund ett nytt 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 nisch"-mekanism för tumörinitiering. Proc Natl Acad Sci USA 2009, 106:11617-11622
  39. ↑ Oskarsson T, Acharyya S, Zhang XH, et al. & Massague J (2011) Bröstcancerceller producerar tenascin C som en metastaserande nischkomponent för att kolonisera lungorna. Nat Med, 17:867-874.
  40. ↑ Wang Z, Ouyang G. (2012) Periostin: en bro mellan cancerstamceller och deras metastaserande nisch. Cellstamcell. ;10(2):111-112 doi : 10.1016/j.stem.2012.01.002 .
  41. ↑ Malanchi I, Santamaria-Martinez A. et al. & Huelsken J (2012) Interaktioner mellan cancerstamceller och deras nisch styr metastaserande kolonisering. Nature, 481:85-89.
  42. ↑ Gopinath, SD och Rando, TA (2008), Stem Cell Review Series: Åldrande av skelettmuskelns stamcellsnisch. 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) Mikromiljöomprogrammering genom tredimensionell kultur gör det möjligt för hudpapillceller att inducera de novo mänsklig hårsäckstillväxt. PNAS, doi : 10.1073/pnas.1309970110
  44. ↑ Xu, Dan ; Nishimura, Toshihiko ; Zheng, Ming et al. & Peltz, Gary (2013) Möjliggör autolog mänsklig leverregenerering med differentierade adipocytstamceller. Celltransplantation
  45. ↑ Guannan Su, Yannan Zhao, Jianshu Wei, et al. & Jianwu Dai (2013) Direkt omvandling av fibroblaster till neurala progenitorliknande celler genom forcerad tillväxt till 3D-sfärer på låga fästytor. Biomaterials, 34(24), 5897-5906 doi : 10.1016/j.biomaterials.2013.04.040
  46. ↑ Raic, A., Rödling, L., Kalbacher, H., & Lee-Thedieck, C. (2013). Biomimetiska makroporösa PEG-hydrogeler som 3D-ställningar för multiplikation av humana hematopoetiska stam- och progenitorceller. biomaterial. doi : 10.1016/j.biomaterials.2013.10.038
  47. ↑ Greggio, C., De Franceschi, F., Figueiredo-Larsen, et al. & Grapin-Botton, A. (2013) Konstgjorda tredimensionella nischer dekonstruerar bukspottkörtelns utveckling in vitro Arkiverad 19 oktober 2013 på Wayback Machine . Development, 140(21), 4452-4462. doi : 10.1242/dev.096628
  48. ↑ Conway, A., & Schaffer, DV(2012) Biofysisk reglering av stamcellsbeteende inom nischen Arkiverad 12 november 2013 på Wayback Machine . Stamcellsforskning och terapi

Litteratur

Länkar