Samenvatting medische celbiologie Peter Ponsaerts

Samenvatting Medische celbiologie: Peter
Ponsaerts
EXAMEN: in discussie treden over de verschillende onderwerpen

Hoofdstuk 4: De oorsprong van stamcellen
4.1. Elementaire definities van een stamcel
 Stamcellen worden functioneel gedefinieerd als:
ongedifferentieerde cellen die het vermogen
hebben om zichzelf te vernieuwen
(self-renewal/kopiëren) alsook het vermogen
hebben om gedifferentieerde cellen te genereren
(specialiseren/differentiëren)
o Meer expliciet: stamcellen kunnen
dochtercellen genereren die identiek zijn aan hun moeder
(zelfvernieuwing/kopiëren) en nakomelingen produceren met een meer
beperkt potentieel (gedifferentieerde cellen)
o Deze definitie kan gemakkelijk toegepast worden op embryonale stamcellen
--> MAAR: wordt meer gecompliceerd als we het onderscheid maken tussen
transiënte adulte progenitorcellen, die een verminderde
zelfvernieuwingscapaciteit hebben en adulte stamcellen
 DAAROM: in de praktijk moet een betere beschrijving van stamcellen hun
"zelfvernieuwingsvermogen", "klonaliteit" en "potentie" omvatten:
o Zelfvernieuwing:
 Wordt gedefinieerd als het vermogen van uitgebreide in vitro
proliferatie (> 160 populatieverdubbeling) zonder oncogene
transformatie --> 2160 cellen ontstaan dus
 Merk op dat de meeste somatische cellen (vb. fibroblasten)
die in vitro gecultiveerd worden een eindig aantal (minder dan
80) populatieverdubbelingen vertonen voordat ze in replicatie-
arrest of senescentie gaan
 Op figuur:




 In vitro wordt het meest voldaan aan deze criteria door embryonale
stamcellen (van muis of mens) en neurale stamcellen

,  Opm. in vivo bestaan ze maar enkele dagen + je hebt er weinig
<-> in vitro: kunnen voor lange tijd gegroeid worden
 Opm. HSC: sterke proliferatie in vivo zodat vele bloedcellen per
dag gemaakt worden, maar niet in vitro
o Dus makkelijkst toegankelijke stamcellen (vanuit
beenmerg) hebben sterke zelf-renewal in vivo maar
niet in vitro <-> moeilijke toegankelijke neurale SC
sterke proliferatie in vivo maar niet in vitro
o Klonaliteit:
 Is het concept dat stamcellen beschouwd kunnen worden als
eencellige entiteiten met de capaciteit om meer stamcellen te
creëren: een enkele cel kan dus een kolonie vormen van identieke
stamcellen
 In de praktijk moet men duidelijk de oorsprong van de
stamcelpopulatie verklaren die voor onderzoek werd gebruikt: ofwel
gegenereerd uit een specifiek weefsel ofwel gegenereerd vanuit een
enkele cel
 Als we uit beenmerg isoleren: hieruit verkrijgen we een
polyklonale stamcelpopulatie
o Potentie:
 Is een maat voor hoeveel types gedifferentieerde cellen een stamcel
kan genereren
 Totipotente stamcellen staan op de top van de lineage
hiërarchie --> WANT: ze kunnen alle mogelijke celtypes vormen
van zowel embryonale als extra-embryonale (placenta)
oorsprong
o Vb. zygote
 Pluripotente stamcellen kunnen celtypen genereren van alle
drie epiblast-afgeleide kiemenlagen (ectoderm, mesoderm en
endoderm), exclusief kiemcellen
o Vb. inner cell mass van de blastocyst bevat pluripotente
stamcellen
 Multipotente stamcellen kunnen enkel meerdere soorten
gedifferentieerde cellen binnen een gegeven germ-lineage
genereren (ectodermaal, mesodermaal of endodermaal)
 Unipotente stamcellen/progenitorcellen:
o Bevinden zich helemaal onderaan de lineage hiërarchie
o = afstammelingen van de stamcellen met meer
beperkte zelfvernieuwingscapaciteit en
differentiatiepotentieel in een enkel celtype
(differentieert in 1 specifiek celtype)
o Vb. huid stamcellen zoals keratinocyten

,  Waarom hebben we stamcellen nodig: het is duidelijk dat een goed georganiseerde
balans tussen stamcel-zelfvernieuwing en differentiatie van het grootste belang is
gedurende onze hele levensduur
o In deze context: stamcel-zelfvernieuwing is nodig om een pool van
stamcellen te behouden gedurende het hele leven + stamceldifferentiatie is
belangrijk om gespecialiseerde cellen te
vervangen (die dood of beschadigd zijn)
 DUS: de meeste stamcellen volgen dit
proces: stamcel doet aan
zelfvernieuwing waarbij 1 cel een
stamcel blijft en de andere cel zal
differentiëren
o Vb. hematopoietische stamcellen (HSC) hebben voortdurend een balans
tussen zelfvernieuwing en differentiatie om:
 Voldoende hoeveelheden nieuwe stamcellen te produceren om
toekomstige hematopoiese te behouden, en
 Te differentiëren tot meer mature progenitorcellen die in staat zijn
elke dag miljarden nieuwe bloedcellen te produceren

4.2. Stamcel oorsprong in de vroege ontwikkeling van zoogdieren: pre-
blastocyst vorming
 Bij zoogdieren: de vroege ontwikkeling van stamcellen en hun lineage-keuzes zijn het
meest bestudeerd geweest in de muis
o Daarom zal de focus hier liggen op vroege embryonale ontwikkeling van
muizen en als het van toepassing is zal er soms verwezen worden naar de
humane situatie
o In principe: de vroege embryonale ontwikkeling van muizen en mensen is
vergelijkbaar met het belangrijkste verschil: de timing
 Figuren van de ontwikkeling:




o Links zien we de ontwikkeling van de blastocyst in de muis <-> rechts in de
mens
 De verschillende stappen in de ontwikkeling uitgelegd:

, o De aanvang van de stamcellen start meteen na de bevruchting van de oöcyt
(= zygote)
 Na bevruchting: de parentale pronucleï fuseren zodat een zygote
gevormd wordt --> dan klieft het embryo zodat een 2-cel, 4-cel en 8-
cellig embryo gevormd wordt
 Op de 8-celstadium bij muizen (en het 8-16-celstadium bij de mens):
embryo ondergaat een proces dat ‘compaction’ genoemd wordt om zo
een morula te worden: tijdens deze stadia worden alle cellen van het
vroege preimplantatie-embryo beschouwd als totipotente cellen
vanwege hun in vivo capaciteit om te differentiëren in zowel
embryonale en extra-embryonale weefsels (vb. placenta)
 Experimentele bevindingen bij muizen:
 Gescheiden blastomeren van een embryo in het 2-cellige
stadium kunnen op zichzelf ontwikkelen in identieke muizen
na transplantatie in draagmoeders
o Gebeurt ook bij monozygote tweelingen
 Hoewel geïsoleerde blastomeren in het 4-cellige en 8-cellige
stadium op zichzelf kunnen ontwikkelen tot blastocysten,
kunnen ze geen levensvatbare foetussen genereren -->
waarschijnlijk agv de extensieve proliferatie die nodig is om het
blastocyst stadium te bereiken
o MAAR: als geïsoleerde 4-cel- of 8-cel-blastomeren
worden gemengd met genetisch onderscheidbare
blastomeren van dezelfde leeftijd --> ze kunnen
resulteren in levensvatbare en vruchtbare chimere
nakomelingen
 DUS: bij menging wordt de totipotentie
behouden
o Na compactie: de 8-cel morula zal zich verder ontwikkelen naar de 64-cellige
blastocyst stadium
 Tijdens deze 24 uur van ontwikkeling in muizen (48 uur in de mens):
de eerste lineage-keuze moet gemaakt worden door de totipotente