Hemopoēze

1. Hemopoēze

2. http://en.wikipedia.org/wiki/Haematopoiesis

3. Sarkanās kaulu smadzenes • Sarkanajās kaulu smadzenēs, kas atrodas porainās kaulvielas dobumos, attīstās eritrocīti, leikocīti un asins plātnītes. • Sarkano kaulu smadzeņu šūnu sastāvs visos kaulos ir vienāds, jo šūnas no vienas asinsrades vietas ceļo uz citu. • Sarkanās kaulu smadzenes ir pusšķidras, tādēļ tās var atsūkt ar resnu punkcijas adatu. • Visbiežāk izmeklē krūšu kaula sarkanās kaulu smadzenes. Sarkano kaulu smadzeņu pamatu veido retikulārie audi. • Sarkanās kaulu smadzenes sastopamas arī: augšstilba un augšdelma kauli, iegurņa kauls, atslēgas kauls, skriemeļi, ribas, galvaskauss, lāpstiņas. • Pārējos kaulos atrodas tikai dzeltenās kaulu smadzenes

4. Hemopoēze embrioģenēzes laikā

5. Embrionālā asinsrade • Mezenhīmā veidojas asins saliņas. Tās noapaļojas un pārvēršas par asins cilmes šūnām. • Malējās šūnas veidos asinsvadu endotēliju. • No cilmes šūnām veidojas eritroblasti. Tie pārvēršas par pirmējiem eritrocītiem. Tie satur kodolus. 1. - endotelioblasts; 2. - asins cilmes šūna; 3. - eritroblasts; 4. - eritrocīts 5. - dzeltenuma maiss (ārpusdīgļa endoderma)

6. 1. mēnesis. Veidojas T-limfocīti un migrē uz limfatisko mezglu un liesas aizmetņiem. • 2. mēnesis. Rodas otrējie eritroblasti un eritrocīti. • No dzeltenuma pūšļa asins cilmes šūnas migrē uz: aknām, liesu un aizkrūtes dziedzeri. • Asins cilmšūnas izveido sarkanās kaulu smadzenes. • 6. mēnesis. Galvenā asinsrades vieta: sarkanās kaulu smadzenes, aizkrūtes dziedzeris un limfatiskie mezgli.

7. Sarkanās kaulu smadzenes • 1.-Retikulāro audu šūnas • 2.-Vārpstveidīgas šūnas • 3.-Taukšūnas • 4.-Asins cilmes šūnas • 5.-Eritrocītu attīstība • 6.-Graudaino leikocītu attīstība • 7.-Megakariocīts • 8.-Monocīti • 9.-B limfocīti

8. Sarkanās kaulu smadzenes • Retikulāro audu šūnām [1] (oranžas) ir vairāki izaugumi. Asins kapilāru tuvumā ir vārpstveidīgas šūnas [2] (pa kreisi augšā starp taukšūnu un asins kapilāru). • Izejot caur asins kapilāra sienu, tās var aizceļot uz dažādām organisma vietām un pārveidoties par fibroblastiem, skrimšļrades vai kaulrades šūnām. • Sarkanajās kaulu smadzenēs ir atsevišķas taukšūnas [3] (pa kreisi augšā, pa labi apakšā). • Retikulārās šūnas un taukšūnas izstrādā vielas, kas veido asins šūnu mikrovidi. 1% no sarkanās kaulu smadzeņu asins šūnām veido asins cilmes šūnas [4].

9. Sarkanās kaulu smadzenes • Retikulārās šūnas sevi uztur vajadzīgā daudzumā. • Visas asins šūnas rodas no asins cilmes šūnām dalīšanās un diferenciācijas ceļā. • Asins šūnu attīstību regulē daudzi faktori. Sarkanajās kaulu smadzenēs asins šūnu attīstība norisinās perēkļveidīgi. • Vidū pa kreisi redzama eritrocītu attīstība [5]. Tās gaitā šūnas zaudē bazofiliju, jo sintezējas acidofilais hemoglobīns (bazofilija ir substances tieksme krāsoties ar bāzisku krāsu, acidofilija – ar skābu krāsu).

10. Sarkanās kaulu smadzenes • Vidū pa labi veidojas graudainie leikocīti [6]. Šūnās rodas specifiskie graudiņi, bet kodols segmentējas. Pa labi augšā un pa kreisi apakšā ir megakariocīts [7], kurā ir segmentēts kodols ar lielu skaitu hromosomu (poliploīdija). • Milzu šūnas izaugumi iziet caur asins kapilāra sienu. Tie atraujas un cirkulē asinīs kā 2-4 mm lielas asins plātnītes. • Kreisā pusē apakšā veidojas monocīti [8] (ar šķeltu kodolu) un B limfocīti [9] (ar mazu apaļu kodolu un šauru citoplazmas slāni ap to).

11. Nagasawa Nature Reviews Immunology6, 107–116 (February 2006) | doi:10.1038/nri1780

12. Terminoloģija • ...blasts • pro...cīts • ...cīts • meta ...cīts • Nobriedušas šūnas nosaukums

14. Saīsinājumi doti angļu valodā! Terminoloģija • Multipotenta hemopoētiska cilmes šūna (HSC) Klasiskā teorija • No HSC veidojas (koloniju veidojošā vienība – liesa)CFU-S un (koloniju veidojošā vienība – limfocīti) CFU-Ly • Šūnas reti dalās simetriski un bieži dalās asimetriski. • Asimetriskas dalīšanās rezultātā veidojas komitētas šūnas. • HSC ir trijās populācijās ar mieloidālo tendenci, līdzsvarotās un ar limfoidālo tendenci. • CFU-S sauc arī par mieloidālajām cilmes šūnām.

15. Koloniju veidojošās vienības • koloniju veidojošā vienība – limfocīti (CFU-L) • koloniju veidojošā vienība – eritrocīti (CFU-E) • koloniju veidojošā vienība – granulo-monocīti (CFU-GM) • koloniju veidojošā vienība – megakariocīti (CFU-Me) • koloniju veidojošā vienība – bazofilie granulocīti (CFU-B) • koloniju veidojošā vienība – eozinofilie granulocīti (CFU-Eo) • Uzskata, ka tās drīzāk ir priekšteču šūnas un nav cilmes šūnas. Pārejas stāvoklis līdz nobriedušām šūnām, bet var dalīties.

16. Hemopoētiskie augšanas faktori • Hemopoētisko augšanas faktoru klātbūtne cilmes šūnai liek diferencēties par noteiktu koloniju veidojošās, piemēram, CFU-E. • Tos ražo un sekretē • Retikulārās šūnas • Makrofāgi • Leikocīti • Vēlākos etapos iesaistās arī tuklās šūnas un T-limfocīti

17. Nagasawa Nature Reviews Immunology6, 107–116 (February 2006) | doi:10.1038/nri1780

18. Hemopoētiskie augšanas faktori iedarbina intracelulāro signālu pārneses kaskādi un izmaina transkripcijas faktoru aktivitāti un koncentrāciju. Gēnu ekspresija mainās un šūna diferenciējas par noteiktu tipu. • Cilmes šūnās gēnu ekspresija ir ZEMĀ līmenī. Tas ļauj šūnām pārdiferencēties. • Tāpēc šūnu diferenciācijai ir gadījuma raksturs. • PU.1 klātbūtnē veidojas mieloīdo šūnu priekšteči. • GATA-1 klātbūtnē rodas eritropoētisko un megakariopoētisko šūnu priekšteči. • Ikaros, Aiolos and Helios transkripcijas faktori nosaka limfoīdo šūnu priekšteču rašanos.

19. SCF= Stem Cell Factor, Tpo= Thrombopoietin, IL= Interleukin, GM-CSF= Granulocyte Marophage-colony stimulating factor, Epo= Erythropoietin, M-CSF= Macrophage-colony stimulating factor, G-CSF= Granulocyte-colony stimulating factor, SDF-1= Stromal cell-derived factor-1, FLT-3 ligand= FMS-like tyrosine kinase 3 ligand, TNF-a = Tumour necrosis factor-alpha TGF-β = Transforming growth factor beta

20. Cilmes šūnu proliferāciju un pašatjaunošanos nosaka cilmes šūnu faktors (SCF) • Komitētu cilmes šūnu veidošanos nosaka koloniju stimulējošo faktoru (CSF) klātbūtne: • granulocītu-makrofāgu koloniju stimulējošais faktors (GM-CSF) • granulocītu koloniju stimulējošais faktors (G-CSF), ietekmē gan cilmes šūnas gan granulocītus • makrofāgu koloniju stimulējošais faktors (M-CSF) • Mieloīdās šūnas eritropoetīna klātbūtnē diferenciējas par eritrocītiem. • Trombopoetīna klātbūtnē mieloīdās šūnas diferenciējas par megakariocītiem. • Vairāki augšanas faktori sāk darboties uz šūnām pēc izkļūšanas no sarkanajām kaula smadzenēm.

21. Šūnu diferenciācija • Hemopoēzes determinisma teorijaapgalvo, kahemopoētiskie augšanas faktori determinē šūnas diferenciācijas ceļu. Klasiskā teorija. • Teorijai grūti izskaidrot dažādo šūnu tipu KVANTITATĪVAS atšķirības. • Astohastiskā theorija vēl papildus piešķir nozīmi šūnas atrašanās vietai un mikrovidei. Tas ietekmē šūnu proliferāciju un apoptozi.

22. Nagasawa Nature Reviews Immunology6, 107–116 (February 2006) | doi:10.1038/nri1780

23. Priekštecis ir (HSC) • Tās ir novietotas pie osteoblastiem, endotēlija šūnām vai arī CXC-hemokīnu ligandi 12hi (CXCL12hi) saturošajām retikulārajām šūnām. • Pre-pro-B šūnas pievienojas pie (CXCL12hi) saturošajām retikulārajām šūnām, diferenciējas par pro-B-šūnām un atdalās. • Pro-B-šūnas pievienojas pie interleikīnu7 (IL-7) ekspresējošām šūnām. • Tas ļauj diferncēties par pre-B-šūnām. • Pre-B-šūnas sāk ekspresēt IgM un kļūst par B-šūnām. • B-šūnas pa asinsvadiem izkļūst no kaula smadzenēm un pārvietojas uz limfatiskajiem orgāniem un diferenciējas par nobriedušiem B-limfocītiem. • B-limfocīti diferencējas par plazmocītiem. • Plazmocīti var nokļūt atpakaļ sarkanajās kaulu smadzenēs.

24. Koloniju veidojošo vienību šūnu diferenciācijas piemēri • Uzdevums • http://www.dartmouth.edu/~anatomy/Histo/lab_4/bonemarrow/DMS104/popup.html http://www.anatomyatlases.org/MicroscopicAnatomy/Section04/Plate0458.shtml

25. Trombocītu attīstība • cilmes šūna CFU-S (1), mieloīdo šūnu priekštecis izveido CFU-Meg (2). • CFU-Meg diferenciējas par megakarioblastu (3). Endopoliploīdijas rezultātā tam izveidojas liels kodols ar poliploīdu hromosomu skaitu. • Diferenciācijas gaitā megakarioblasti pārveidojas par promegakariocītiem (4). Tiem ir lieli daivaini kodoli un vājāk attīstīta ribosomu veidošanās kodoliņā. • Tie var veidot asins plātnītes. • Promegakariocīti izveido megakariocītus (5) ar segmentētiem kodoliem. Megakariocīti veido garas pseidopodijas, kuras izspiežas caur kapilāro asinsvadu sieniņām un atdala asins plātnītes (6).

27. Megakariocīts kaulu smadzeņu šūnās. (kreisā puse) • Megakariocīts veido trombocītus. Gimza krāsa. (labā puse) • Abos attēlos redzams daivaini kodoli.

28. Makrofāgu attīstība • Cilmes šūna CFU-S, mieloīdo šūnu priekštecis izveido CFU-GM (1).Šīs cilmes šūnas ir kopīga granulocītiem un makrofāgiem. • Tās diferenciējas par monoblastiem (3). Tie satur lielu kodolu un izteiktu kodoliņu. • Monoblasti mitotiski dalās un izveido promonocītus (4), kuriem plazmatiskā membrāna satur makrofāgiem tipiskos receptorus. • Promonocīti pārveidojas par monocītiem un no asinīm pārvietojas uz tiem tipiskajiem audiem un kļūst par histocītiem. • Audos histocīti var tikt aktivēti un tad tie pārvēršas par makrofāgiem (5).

29. Makrofāgu attīstība • 1. CFU-GM? • 2. - Monoblasts • 3. - Promonocīts • 4. Monocīts. • 5. Makrofāgs. 1. 2. 3. 4. http://www.mcl.tulane.edu/classware/pathology/Krause/Blood/MP.html

30. Granulocītu attīstība • Cilmes šūna CFU-S, mieloīdo šūnu priekštecis izveido CFU-GM (1) un tas diferenciējas par mieloblastu. Mieloblasts satur despiralizētu hromatīnu un kodoliņus. • Mieloblasts pārvēršas par promielocītu. Tie ir 3 veidu: neitrofili, eozinofili, bazofili. • Šūnās ir attīstīts kodols ar lielu kodoliņu, labi saredzams ER un Goldži komplekss. • Promielocīti pēc dalīšanās pārvēršas mielocītos. • Šūnās izzuduši kodoliņi un hromatīns ir vairāk kondensēts. Citoplazma ir acidofila, bazofila vai eozinofila. Pakāpeniski samazinās organoīdi. • Mielocīti diferenciējas metamielocītos. Kodols zaudē apaļo formu, citoplazmā palielinās specifisko granulu skaits. • Nākamajā etapā neitrofilie un eozinofilie metamielocīti diferenciējas par stabiņkodolainajiem granulocītiem. • Pēdējā etapā izveidojas segmentkodolainie (acidofilajiem/bazofilajiem/eozinofilajiem) granulocīti.

33. Eritrocītu attīstība • 1.-BFU-E • 2.-CFU-E • 3.-proeritroblasts • 4.-bazofilais eritroblasts • 5.-polihromatofilais eritroblasts • 6.-normoblasts • 7.-retikulocīts • 8.-eritrocīts

34. CFU-E pārveidojas par proeritroblastu.Izteikts liels kodols un liels kodoliņš un satur nedaudz bazofilas citoplazmas. • Veidojas bazofilais eritroblasts. Hromatīns nedaudz vairāk kondensēts un veido graudiņus. Bazofilais krāsojums rodas no lielā RNS un ribosomu daudzuma šūnā. • Veidojas polihromatofilais eritroblasts.Tajā sākas hemoglobīna sintēze. To iekrāso skābās krāsvielas.Ja šūnas atdala kodolus, tad izveidojas polihromatofilais eritrocīts.

35. Polihromatofilais eritroblasts pārveidojas par kodolu saturošu ortohromatofilo (acidofilo eritroblastu, normoblastu). Šūnas nespēj mitotiski dalīties. • Ja šūnas ir lielas, tad tās sauc par makrocītiem (megaloblastiem).Tie raksturīgi embrionālās attīstības sākumā un pataloģiju gadījumā. • Normoblasti sadalās par retikulocītiem un pirenocītiem. Pirenocīti satur kodolus, bet tos fagocitē makrofāgi. • Citoplazmas organoīdi samazinās, bet palielinās hemoglobīna daudzums un veidojas normocīti (eritrocīti).

36. Šūnu diagnosticēšanas molekulārās metodes • Uz šūnu plazmatiskās membrānas ir novietoti specifiski glikoproteīni, kuri nodrošina šūnas-šūnas adhēziju. Šo proteīnu veids ir atkarīgs no šūnu diferenciācijas veida. • Katram šūnu tipam raksturīgo membrānas glikoproteīnu komplektu sauc par klasteri. Saīsinājumā lieto apzīmē burtus CD un atbilstošu skaitlisku indeksu.

37. http://cytometry.nencki.gov.pl/?a=S2vlp8PU http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Fluorescence_Assisted_Cell_Sorting_%28FACS%29_A.jpg

38. Hemopoētisko cilmes šūnu HSC attīstība • Klasiskais HSC diferenciācijas modelis. • Paredz, ka pašā sākumā izveidojas divi dažādi limfoīdo (CFU-Ly) un mieloīdo (CFU-S) šūnu priekšteči. • Mieloīdais diferenciācijas modelis • Paredz, ka mieloīdais potenciāls saglabājas ilgstoši. A revised scheme for developmental pathways of hematopoietic cells: the myeloid-based model International ImmunologyVolume 22, Issue 2Pp. 65-70.

39. Klasisko HSC diferenciācijas modeli izveidoja pēc morfoloģiskiem kritērijiem. • Dominējošais modelis mācību grāmatās.

40. Hemopoēzes modeļi. (A) Klasiskais diferenciācijas modelis apgalvo, ka HSC veido kopīgu mieloīdo–eritroīdo priekšteci (CMEP) un kopīgu limfoīdo priekšteci (CLP), no kura veidojas mieloīdās un eritroīdās šūnas vai atbilstoši T un B limfocīti (B) Mieloīdais diferenciācijas modelis apgalvo, ka HSC veido kopīgu mieloīdo–eritroīdo priekšteci (CMEP) un kopīgu mieloīdo–limfoīdo priekšteci (CMLP); • Paredz, ka Pat B limfocītu priekštecis un T limfocītu priekštecis var veidot mieloīdas šūnas.

41. (A) Klasiskais diferenciācijas modelis apgalvo, ka eritroīdās, mieloīdās un limfoīdās šūnas attīstās paraleli. • (B) Mieloīdais diferenciācijas modelis apgalvo, ka mieloīdās šūnas ir asins šūnas prototips, bet eritroīdās, T un B šūnas ir specializēti asins šūnu tipi. • Mieloīdais diferenciācijas modelis pamato ar faktu, ka mielōīdās šūnas var aizsargāt daudzšūnu organismu. Tām piemīt kustīgums un fagocitārā aktivitāte. B limfocītiem ir zema fagocitārā aktivitāte un augsta antigēnu prezentēšanas aktivitāte. Fagocitārā aktivitāte paaugstinās, ja jāatpazīst jauni antigēni.

42. T-cell priekštečisaglabāmieloīdo potenciālupēcB potenciāla izbeigšanās. Agrīni T-limfocītu priekšteči aizkrūtes dziedzerī, kuriem nav B-limfocītu potenciāla var veidot makrofāgus (līdz 30%). • Pierāda izmantojot himērus transgēnus organismus (mutantais genoms neveido atbilstošos aizkrūts dziedzera T šūnu priekštečus) ar samazinātu aizkrūts dziedzera makrofāgu skaitu.

43. Agrīna aizkrūts dziedzera T-limfocītu priekšteču proliferācija un diferenciācija. • Aizkrūts dziedzera T-limfocītu priekštecis dalās 10 reizes līdz DN3 periodā izveidotas vairāk kā 1000 šūnas. • DN2 perioda vidū mainās šūnu krāsojums. Redzams GFP. • DN3 periodā notiek TCRβ ķēžu gēnu pārkārtošanās un neatgriezeniskas šūnu struktūras un funkciju izmaiņas atbilstoši T-limfocītiem.