EMBRYONÁLNÍ KMENOVÉ BUŇKY

Podobné dokumenty
RNDr. Jakub Neradil, Ph.D. Ústav experimentální biologie PřF MU

Indukovaná pluripotence. Petr Vodička Liběchov 16/11/2016

VÝVOJOVÁ BIOLOGIE. I. Úvod do vývojové biologie. II. Základní principy a mechanismy vývojové biologie. III. Kmenové buňky

Sekvenování genomu a bioinformatika Kmenové buňky vytvořené genetickou manipulací Materiálové a tkáňové inženýrství Editace genomu

Kmenové buňky, jejich vlastnosti a základní členění

Úvod do studia biologie kmenových buněk. Jiří Pacherník tel:

doc. RNDr. Renata Veselská, Ph.D., M.Sc. Ústav experimentální biologie Přírodovědecká fakulta MU

Kmenové buňky a strategie buněčné terapie

Lidské embryonální kmenové buňky Biologie, technologie a další

Přednáška v rámci cyklu přednášek pro střední školy

Výzkum kmenových buněk ve světle Úmluvy Martin Šolc 1/24

Základní morfogenetické procesy

doc. RNDr. Renata Veselská, Ph.D., M.Sc. Ústav experimentální biologie Přírodovědecká fakulta MU

Nádorové kmenové buňky - CSCs (Cancer stem cells)

Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie DIFERENCIACE BUNĚK. RNDr. Jakub Neradil, Ph.D. Ústav experimentální biologie PřF MU

VÝZNAM FYZIOLOGICKÉ OBNOVY BUNĚK V MEDICÍNĚ

Terapeutické klonování, náhrada tkání a orgánů

Transgeneze u ptáků: očekávání vs. realita

Inovace profesní přípravy budoucích učitelů chemie

Univerzita Karlova v Praze. Přírodovědecká fakulta

BUNĚČNÝ CYKLUS. OMNIS CELLULA ET CELLULA - buňka vzniká jen z buňky. Sled akcí, ve kterých buňka zdvojí svůj obsah a pak se rozdělí

Co nás učí nádory? Prof. RNDr. Jana Šmardová, CSc. Ústav patologie FN Brno Přírodovědecká a Lékařská fakulta MU Brno

Histogeneze příklady. 151 Kurs 5: Vývoj buněk a tkání

Pluripotentní, odvozené kmenové buňky. EpiSC

Hematologie. Nauka o krvi Klinická hematologie Laboratorní hematologie. -Transfuzní lékařství - imunohematologie. Vladimír Divoký

BIOLOGICKÉ A MOLEKULÁRNÍ EFEKTY INHIBICE AKTIVITY CYKLIN DEPENDENTNÍCH KINÁZ U LIDSKÝCH EMBRYONÁLNÍCH KMENOVÝCH BUNĚK

rní tekutinu (ECF), tj. cca 1/3 celkového množstv

Molekulární mechanismy diferenciace a programované buněčné smrti - vztah k patologickým procesům buněk. Aleš Hampl

Kmenové buňky a tkáňové náhrady naděje moderní medicíny.

Protinádorová imunita. Jiří Jelínek

Od fyziologie k medicíně

Genetická kontrola prenatáln. lního vývoje

RNDr. Ivana Fellnerová, Ph.D. Katedra zoologie, PřF UP Olomouc

Obecná a srovnávací odontologie. Vývojové souvislosti 1: vznik a vývoj zubu jako produkt genetických regulačních kaskád, odontogenní regulační kód

MUDr. Iva Slaninová, Ph.D. Biologický ústav LF

Neurální kmenové buňky NSCs (Neural stem cells)

Endocytóza o regulovaný transport látek v buňce

Gastrulace, neurulace, somitogenese 508

ÚVOD DO TRANSPLANTAČNÍ IMUNOLOGIE

Regenerativní medicína

VÝZNAM REGULACE APOPTÓZY V MEDICÍNĚ

MUDr. Kissová Jarmila, Ph.D. Oddělení klinické hematologie FN Brno

(Vývojová biologie) Embryologie. Jiří Pacherník

Aktuální výzkum kmenových buněk: ze zkumavky k terapeutickému využití

HEMOPOESA. Periody krvetvorby, kmenové a progenitorové buňky; regulace hemopoesy. Ústav histologie a embryologie

PREZENTACE ANTIGENU A REGULACE NA ÚROVNI Th (A DALŠÍCH) LYMFOCYTŮ PREZENTACE ANTIGENU

SKANÁ imunita. VROZENÁ imunita. kladní znalosti z biochemie, stavby membrán n a fyziologie krve. Prezentace navazuje na základnz

Diferenciace tkání. Diferenciace blastocysta: Cytotrofoblast. Trofoblast. Syncytiotrofoblast. Epiblast. Embryoblast. Hypoblast

Beličková 1, J Veselá 1, E Stará 1, Z Zemanová 2, A Jonášová 2, J Čermák 1

INTRACELULÁRNÍ SIGNALIZACE II

Klinicko-patologické změny u koní po intraartikulární aplikaci autologních a allogeních mezenchymálních kmenových buněk získaných z placenty

Embryonální období. Martin Špaček. Odd. histologie a embryologie

BUNĚČNÁ TRANSFORMACE A NÁDOROVÉ BUŇKY

MTI Cvičení č. 2 Pasážování buněk / Jana Horáková

Kmenové buňky Jan Voldřich ÚOCHB AVČR VŠCHT

Specifická imunitní odpověd. Veřejné zdravotnictví

Jan Krejsek. Funkčně polarizované T lymfocyty regulují obranný i poškozující zánět

Univerzita Karlova vpraze Přírodovědecká Fakulta

UNIVERZITA KARLOVA V PRAZE LÉKAŘSKÁ FAKULTA V PLZNI Ústav patologické fyziologie

Gymnázium a Střední odborná škola, Rokycany, Mládežníků 1115

Intracelulární detekce Foxp3

Buňky s velkým potenciálem 1. Historie indukované pluripotence a metody přípravy ips buněk

Inovace studia molekulární a buněčné biologie reg. č. CZ.1.07/2.2.00/

Sylabus témat ke zkoušce z lékařské biologie a genetiky. Struktura, reprodukce a rekombinace virů (DNA viry, RNA viry), význam v medicíně

Dr. Kissová Jarmila Oddělení klinické hematologie FN Brno

Etické otázky výzkumu embryonálních kmenových buněk

Některé významné aspekty vývojové biologie v medicíně

Buněčný cyklus. Replikace DNA a dělení buňky

1. Definice a historie oboru molekulární medicína. 3. Základní laboratorní techniky v molekulární medicíně

2) Vztah mezi člověkem a bakteriemi

Interakce buněk s mezibuněčnou hmotou. B. Dvořánková

Apoptóza Onkogeny. Srbová Martina

Bunka a bunecné interakce v patogeneze tkánového poškození

EXTRACELULÁRNÍ SIGNÁLNÍ MOLEKULY

Klasifikace nádorů varlat

Advanced Therapies Products Produkty Moderní terapie a výrobní laboratoře. Barbara Kubešová

5. Koncept a klasifikace tkání

Imunitní systém člověka. Historie oboru Terminologie Členění IS

Variace Vývoj dítěte

Buňky, tkáně, orgány, orgánové soustavy. Petr Vaňhara Ústav histologie a embryologie LF MU

Obsah. Seznam zkratek Předmluva k 5. vydání... 21

Kardiovaskulární systém a hematopoéza

Termíny z časného vývoje zárodku:

TITULNÍ LIST ZÁVĚREČNÉ ZPRÁVY 2011 PROJEKTU 1M0538 Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy

Inovace studia molekulární a buněčné biologie

Globální pohled na průběh replikace dsdna

Univerzita Karlova v Praze

Progrese HIV infekce z pohledu laboratorní imunologie

Vývoj krvetvorby. lení klinické hematologie FN Brno

PGT- A a mosaicismus. RNDr. Martina Hrubá, Ph.D.

RIGORÓZNÍ OTÁZKY - BIOLOGIE ČLOVĚKA

Kmenové buòky a vznik nádorového onemocnìní Tumorigeneze jako onemocnìní kmenových bunìk (3. èást)

STRUKTURNÍ SKUPINY ADHEZIVNÍCH MOLEKUL

Mnohobuněčné kvasinky

Chrupavka a kost. Osifikace 605

Výskyt MHC molekul. RNDr. Ivana Fellnerová, Ph.D. ajor istocompatibility omplex. Funkce MHC glykoproteinů

Ústav Experimentální medicíny AV ČR, v.v.i.

Obsah. Seznam zkratek Předmluva k 6. vydání... 23

Přehled výzkumných aktivit

Studium cytotoxicity a protizánětlivých účinků zlata a stříbra

Transkript:

Bi8120 Aplikovaná buněčná biologie EMBRYONÁLNÍ KMENOVÉ BUŇKY RNDr. Jakub Neradil, Ph.D. Ústav experimentální biologie PřF MU

Program přednášky: vlastnosti kmenových buněk embryonální kmenové buňky linie kmenových buněk v podmínkách in vitro indukované pluripotentní buňky

Totipotence nelimitovaný diferenciační potenciál schopnost tvořit embryonální i extraembryonální tkáně časná stádia rýhování zygoty Pluripotence schopnost tvořit buňky všech 3 zárodečných listů buňky ICM (embryonální kmenové buňky) Multipotence schopnost tvořit buňky příslušného typu tkáně např. hematopoetické kmenové buňky, neuronální kmenové buňky

VLASTNOSTI KMENOVÝCH BUNĚK

Kmenové buňky (Stem Cells, SCs) = buňky z embrya, fetu nebo dospělého organismu, které se za určitých podmínek mohou neomezeně množit a rovněž dávat vzniknout specializovaným buňkám různých typů tkání zdroje kmenových buněk: embryo, fetus, dospělý organismus [+ placenta, pupečníková krev]

TERMINOLOGIE: embryonální SCs (ESCs): embryonální kmenové (Embryonic Stem Cells) embryonální zárodečné (Embryonic Germ Cells) embryonální karcinomové (Embryonic Carcinoma) linie embryonálních kmenových buněk dospělé (adultní) SCs (ASCs) kmenové buňky nádorů (Cancer SCs, CSCs)

Stemness sebeobnova diferenciace

Sebeobnova (self-renewal) SCs se mohou dělit po neomezeně dlouhou dobu, narozdíl od ostatních buněk organismu Diferenciace SCs jsou nespecializované buňky, postupnou diferenciací vznikají specializované typy buněk

Plasticita (Transdiferenciace) schopnost adultních SCs určitého orgánu nebo tkáně diferencovat do jiného druhu tkáně

Replikační potenciál SCs: In vivo ESCs - tvorba ICM ve stádiu blastocysty ASCs - po celou dobu života organismu In vitro ESCs, neuronální ASCs - neomezeně většina ASCs omezené dělení telomerázová aktivita ESCs - symetrická mitóza ASCs - asymetrická mitóza

Replikační potenciál SCs: A kmenová buňka B progenitorová buňka C diferencovaná buňka 1 symetrické dělení 2 asymetrické dělení 3 dělení progenitorů 4 terminální diferenciace

Niche (hnízdo) SCs mikroprostředí (microenvironment): podpůrné buňky, extracelulární matrix, adhezní molekuly a signální molekuly udržuje self-renewal SCs chrání před deplecí živin reguluje proliferaci SCs ASCs - po celou dobu života organismu niche cells SCs (mitóza)

Diferenciační potenciál lidských SCs

Embryonální zárodečné buňky (EG cells) vznik z primordiálních zárodečných buněk (PG cells) migrují v embryu do genitální lišty později společně se somatickými buňkami tvoří gonády izolace ve vhodný čas + kultivace in vitro pluripotentní (EG cells) lidské EGCs netvoří teratomy ani chiméry

Fetální kmenové buňky primitivní (málo diferencované) buňky v orgánech fétu např: KB neurální lišty, hematopoetické KB, pankreatické progenitory, neurální KB izolovány z abortovaných fétů Kmenové buňky z pupečníku pupečníková krev hematopoetické KB (HSCs), endoteliální progenitory, mezenchymální KB (MSCs), VSELs... Whartonův rosol zdroj mezenchymálních KB (MSCs) většinou jsou multipotentní buňky tvoří kolonie, mohou být kultivovány a mají dlouhé telomery vyšší imunologická kompatibilita než buňky KD HSCs - frekvence výskytu minimálně stejná jako v kostní dřeni

EMBRYONÁLNÍ KMENOVÉ BUŇKY

5denní blastocysta

Schopnosti ESCs

Typy mescs

Izolace a indukovaná diferenciace ESCs

LINIE EMBRYONÁLNÍCH KMENOVÝCH BUNĚK V PODMÍNKÁCH IN VITRO

1981 - myší ES buněčná linie: Nobel Prize 2007 M.J. Evans and M.H. Kaufman University of Cambridge, UK Gail R. Martin University of California, San Francisco, CA, USA 1998 - lidská ES buněčná linie: J.A. Thomson et al. University of Wisconsin, Madison, WI, USA

Postup při vytvoření linie ESCs:

exprese a aktivita telomerázy exprese: AP, SSEA-3, SSEA-4, TRA-1-60, TRA-1-81 (A) Gut-like structures (B) Rosettes of neural epithelium (C) Bone (D) Cartilage (E) Striated muscle (F) Tubules interspersed with structures resembling fetal glomeruli.

odstanění zony pelucidy pronázou (proteáza) imunochirurgické uvolnění ICM (anti-lidský IgG, komplement) přenesení ICM na feeder-layer (MEFs) pasážování mechanicky nebo enzymaticky

http://portal.gov.cz/app/zakony/zakon.jsp?page=0&fulltext=&nr=227~2f2006&part=&name=&rpp=15#seznam

Zákon č. 40/2009 Sb., trestní zákoník

Alternativní metody získání pluripotentních SCs

Alternativní metody získání pluripotentních SCs

Alternativní metody získání pluripotentních SCs

Markery lidských ESCs: Oct-4 (TF, octamer-4 binding protein) Nanog (homeobox TF) SSEA3 SSEA4 (povrchové markery: Stage Specific Embryonic Antigen) Tra-1-60 Tra-1-81 (Tumor-Rejection Antigen) alkalická fosfatáza (Tra-2-54)

Kultivační médium pro izolaci lidských ESCs: DMEM (Dulbecco s Modified Eagle s Medium) 20% FBS nebo KO-SR (serum replacement) aditiva (b-merkaptoethanol, Gln, AAs, Atb) růstové faktory: bfgf (FGF2) feeder-layer (myší embryonální fibroblasty, lidské fibroblasty): inaktivace mitomycinem-c matrigel Metody diferenciace lidských ESCs: kultivace při vyšší densitě kultivace v přítomnosti dalších buněčných linií přídavek růstových faktorů / cytokinů do média aktivace endogenních transkripčních faktorů suspenzní kultura (tvorba embryoid bodies)

Zachování self-renewal mescs vs. hescs nepotřebují feeder LIF (leukemia inhibitory factor) vazba na LIF R a gp130 receptor aktivace (fosforylace) transcripčního faktoru STAT3 protiháč: ERK1/2 diferenciace specifický marker SSEA-1

Zachování self-renewal mescs vs. hescs potřebují feeder layer nebo adhezivní matrix (laminin, kolagen IV, heparan sulfát proteoglykany(hspgs), entaktin Matrigel) kondiciované médium z MEF KO - serum replacement (insulin, transferin, BSA) FGF-2 (4ng/ml) aktivace signálních drah: FGF, TGFb rodina - activin, nodal protiháč: BMP diferenciace

Základní signální dráhy ovlivňující self-renewal a pluripotenci

feeder-layer myší vs. lidský myší lidský _ druhová odlišnost odlišnosti v produkci růstových faktorů

hescs niche regulace Smad1 signální (diferenciační) dráhy agonista-bmp2 (bone morphogenic factor) produkován extra-embryonálním endodermem antagonista GDF3 (growth and differentiation factor (GDF) produkován hescs

Adaptované lidské ESCs: ESCs v podmínkách in vitro změny v karyotypu nejčastěji zisky (gains) na chromosomech 12, 17 a X obdobné změny - markery germinálních nádorů prokázáno již od nízkých pasáží Peter Andrews University of Sheffield

trisomie ch17 zisky a ztráty částí chromozomů Baker et al., Nature Biotechnology 2007

Diferenciační protokoly pro ESCs in vitro: neurony, astrocyty, oligodendrocyty kardiomyocyty endoteliální buňky pankreatické β-buňky CD34+ hematopoetické progenitorové buňky antigen-prezentující buňky a NK-buňky buňky plicního epitelu osteoblasty hepatocyty melanocyty buňky prostaty

Přínos studia kmenových buněk Studium vývoje organismů na buněčné a molekulární úrovni Nádorová biologie nádorové KB Tvorba modelů různých onemocnění Studium genových cílů pro nová léčiva Testování léčiv, teratogenních a toxických sloučenin Studium mechanismů regenerace tkání Buněčná terapie - náhrada chybějící nebo nefunkční buněčné populace

Indukované pluripotentní kmenové buňky (ipscs) diferencovaná somatická buňka reprogramace vývoje vnesením a spuštěním vhodných genů změna do embryonálního stádia

vytvoření ipscs bez využití embrya metoda: jaderné programování somatických buněk 4 geny : Oct4, Sox2, c-myc, Klf4 retrovirové vektory (náhodná integrace, nádorová transformace buněk) přeprogramování kožní buňky na pluripotentní ověřeno diferenciací a podílem ipscs na tvorbě embrya (chimerické embryo)

Schéma tvorby myších ipscs

Podíl ipscs na chimerickém myším embryu epiblast

4 geny : Oct4, Sox2, Nanog, Lin28 lentivirové vektory (náhodná integrace, nádorová transformace buněk, nekontrolovaná exprese) přeprogramování kožní buňky na pluripotentní ověřeno: celogenomová exprese podobná hescs, exprese povrchových antigenů, tvorba teratomů po injekci do imunodeficientní myši

využití ipscs studium vývoje a funkce tkání transplantační medicína (vlastní buňky) vývoj a testování léčiv modelování chorob léčba genetických poruch (genové inženýrství) náhrada za hescs z embryí rizika spojená s přenosem a indukcí exprese nových genů

Příprava tělu vlastních ipscs

Exprese: Oct4, Nanog, Sox2 Diferenciace: ektoderm, mesoderm, endoderm Tvorba teratomů Tvorba chimér