Kmenové buňky odvozené z epiblastů - Epiblast-derived stem cell

Po blastocyst fázi, jakmile je embryo implantováno dovnitř endometrium (v případě hlodavce) se vnitřní buněčná hmota (ICM) oplodněného embrya segreguje do dvou vrstev: hypoblast a epiblast. Buňky epiblastu jsou funkční předci soma a zárodečných buněk, které se později diferencují do tří vrstev: definitivní endoderm, mezoderm a ektoderm. Kmenové buňky odvozené z epiblastu jsou pluripotentní. Tyto buňky se nazývají kmenové buňky odvozené z epiblastů (EpiSC) a mají několik různých buněčných a molekulárních charakteristik s embryonálními kmenovými buňkami (ESC).[1] Pluripotence v EpiSC se v zásadě liší od embryonálních kmenových buněk. Pluripotence EpiSC je aktivována pluripotence: připravena k diferenciaci na specifické buněčné linie. Naivní pluripotentní kmenové buňky (např.ESC) a pluripotentní kmenové buňky aktivované (např.EpiSC) si nejen udržují schopnost samoobnovy, ale také udržují schopnost diferenciace.[2] Protože je stav buněk připraven k diferenciaci v EpiSC, je jedna kopie chromozomu X v buňkách XX (samičích buňkách) v EpiSC umlčena (XaXi). EpiSC není schopen kolonizovat a nelze jej použít k produkci chimér. Naopak buňky XX v ESC jsou aktivní a mohou po vložení do blastocysty produkovat chiméru. Jak ESC, tak EpiSC indukují teratom při injekčním podání testovaným zvířatům (scid myši), což dokazuje pluripotenci. EpiSC zobrazuje několik charakteristických charakteristik odlišných od ESC (tabulka 1). Buněčný stav lidských ESC (hESC) je podobný spíše myším kmenovým buňkám v primárním stavu než naivnímu stavu.[3]

Tabulka 1. Porovnání naivních a primárních pluripotentních stavů[2]

VlastnictvíNaivní státStav se základním nátěrem
Embryonální tkáňČasný epiblastVaječný válec nebo embryonální disk
Kultivujte kmenové buňkyESC pro hlodavceEpiSC pro hlodavce; „ESC“ primátů
Blatocyst chimaerasAnoNe
TeratomyAnoAno
Faktory pluripotence4. října, Nanog, Sox2, Klf2, Klf44. října, Sox2, Nanog
Naivní markeryRex1, Nr0b1, Fgf4Nepřítomen
Značky specifikaceNepřítomenFgf5, T
Odpověď na Lif / Stat3SamoobnoveníŽádný
Odpověď na Fgf / ErkDiferenciaceSamoobnovení
KlonogenicitaVysokýNízký
Stav XXOba aktivníJeden X neaktivní

Diferenciace naivních pluripotentních kmenových buněk na primované pluripotentní kmenové buňky (např. Přidání aktivin a fibroblastový růstový faktor (FGF) v kultivačním médiu), ale přeprogramování buněk se základním nátěrem na naivní buňky je obtížnější. Bylo použito několik přístupů k přeprogramování EpiSC k dosažení naivní pluripotence. Jednou z těchto metod je transfektování pluripotentní kmenové buňky aktivované aktivačním faktorem, Klf4 ).[4]

Reverze zpět do naivního stavu bylo také dosaženo potlačením aktivity histonmethyltransferázy MLL1, také známé jako KMT2A. Inhibice MLL1 prostřednictvím malomolekulárního inhibitoru MM-401 v EpiSC vykázala výrazné zvýšení alkalická fosfatáza barvení stejně jako upregulace "naivních" markerů, jako je Rex1 a downregulace "aktivovaných" markerů, jako je FGF5. Kromě porovnání účinnosti bylo prokázáno, že inhibice MLL1 také reaktivuje umlčený X-chromozom, který je typicky deaktivován v postimplantačních epiblastových kmenových buňkách, což naznačuje epigenetickou reverzi zpět do naivnějšího stavu. A co víc, některé EpiSC ovlivněné reverzí indukovanou inhibicí MLL1 byly schopny přispět k chimérám kompetentním k zárodečné linii, které byly považovány za jeden z nejdůležitějších rozdílů mezi ESC a EpiSC.[5]

EpiLC

Vědci dokázali demonstrovat indukci buněk podobných EpiSC in vitro z myších ESC, které se označují jako buňky podobné Epiblastu (EpiLC).[6] Mnoho studií používalo EpiLC jako vhodné analogy pro skutečné postimplantační odvozené epiblastové kmenové buňky, zejména při pokusech o návrat zpět do „naivního“ stavu. Nedávno bylo prokázáno, že nadměrná exprese proteinu Zinc Finger Protein 14 (PRDM14) v doméně EpiLC způsobuje návrat zpět do stavu podobného ESC (s hladinami Alkalická fosfatáza barvení se obnovilo k tomu, které bylo pozorováno v ESC, jakož i ve více morfologii buněk podobných ESC), s Klf2 mechanismu.[7] Bylo navrženo, že PRDM14 indukuje tento stav aktivací Klf2 prostřednictvím aktivního demethylačního náboru 4. října; taková technika musí být ještě prokázána ve skutečných EpiSC odvozených z epiblastů.

Reference

  1. ^ De-Miguel, MP (2009). „Kmenové buňky odvozené od epiblastů v embryonálních a dospělých tkáních“. Int J Dev Biol. 53: 1529. doi:10,1387 / ijdb.072413md. PMID  19757397.
  2. ^ A b Nichols, J (2009). "Naivní a připravené pluripotentní státy". Buňková kmenová buňka. 4: 487–492. doi:10.1016 / j.stem.2009.05.015. PMID  19497275.
  3. ^ Hanna, J (2010). „Lidské embryonální kmenové buňky s biologickými a epigenetickými charakteristikami podobnými myším ESC“. Proc Natl Acad Sci USA. 107: 9222–9227. doi:10.1073 / pnas.1004584107. PMC  2889088. PMID  20442331.
  4. ^ Guo, G (2009). „Klf4 vrací vývojově naprogramované omezení pluripotence základního stavu“. Rozvoj. 136: 1063–1069. doi:10,1242 / dev.030957. PMC  2685927. PMID  19224983.
  5. ^ Zhang H, Gayen S, Xiong J, Zhou B, Shanmugam AK, Sun Y, Karatas H, Liu L, Rao RC, Wang S, Nesvizhskii AI, Kalantry S, Dou Y (2016). „Inhibice MLL1 přeprogramuje kmenové buňky Epiblastu na naivní pluripotenci“. Buňková kmenová buňka. 18 (4): 481–94. doi:10.1016 / j.stem.2016.02.004. PMC  4826731. PMID  26996599.
  6. ^ Schulz EG, Meisig J, Nakamura T, Okamoto I, Sieber A, Picard C, Borensztein M, Saitou M, Blüthgen N, Heard E (2014). „Dva aktivní X chromozomy v ženských ESC blokují výstup z pluripotentního stavu modulací signalizační sítě ESC“. Buňková kmenová buňka. 14 (2): 203–16. doi:10.1016 / j.stem.2013.11.022. PMID  24506884.
  7. ^ Okashita N, Suwa Y, Nishimura O, Sakashita N, Kadota M, Nagamatsu G, Kawaguchi M, Kashida H, Nakajima A, Tachibana M, Seki Y (2016). „PRDM14 řídí nábor OCT3 / 4 prostřednictvím aktivní demetylace při přechodu od základního k naivnímu pluripotenci“. Zprávy o kmenových buňkách. 7 (6): 1072–1086. doi:10.1016 / j.stemcr.2016.10.007. PMC  5161533. PMID  27866876.