HEMOPOESA II Morfologie vývojových řad krevních elementů Ústav histologie a embryologie Doc. MUDr. Zuzana Jirsová, CSc. Předmět: Obecná histologie a obecná embryologie B02241 Přednáška 2. paralelky 25. 11. 1013
ERYTROPOESA vývoj červených krvinek Postnatálně probíhá v červené kostní dřeni Vývoj erytrocytů začíná z multipotentní myeloidní progenitorové buňky (CMP), která se pod vlivem erytropoetinu, IL3, IL4 diferencuje v progenitorovou buňku erytrocytů a megakaryocytů (MEP). Terminální diferenciace erytrocytové progenitorové buňky (ErP), která se vyvíjí v proerytroblast (prekursorová buňka), vyžaduje expresi transkripčního faktoru GATA-1. Řízení erytropoesy erytropoetin (produkují ledviny a játra stimulované hypoxií) zvyšuje počet erytropoetin-sensitivních progenitorových buněk (ErP) v kostní dřeni a blokuje jejich fyziologickou apoptósu, stimuluje produkci mrna pro globin Pro normální erytropoesu jsou nutné: vitamín B 12, kyselina listová, železo a bílkoviny v potravě Klinická poznámka: perniciósní anémie (zhoubná chudokrevnost) je vyvolaná nedostatkem vitamínu B 12 v potravě nebo nedostatkem vnitřního faktoru, který zajišťuje vstřebávání B 12 v ileu
Jednotlivá stádia vývoje erytrocytů jsou označována 1. Proerytroblast 2. Bazofilní erytroblast 3. Polychromatofilní (polychromní) erytroblast 4. Ortochromatofilní (ortochromní) erytroblast 5. Retikulocyt 6. Zralý erytrocyt Erytrocyty se vyvíjejí v krevních ostrůvcích, jejichž centrum tvoří 1-2 makrofágy. Vyvojová stádia erytrocytů jsou v kontaktu s výběžky makrofágů, které zajišťují optimální mikroprostředí pro jejich vývoj a dozrávání, transportují ferritin do vyvíjejících se krvinek a fagocytují vylučovaná jádra. Poznámka Označení vývojových stádií uváděné obvykle v německých učebnicích: E1 proerytroblast, E2 bazofilní erytroblast, E3 polychromatický erytroblast, E4 polychromatický normoblast, E5 ortochromatický normoblast
Vývoj erytrocytů probíhá obvykle 7 dní a zahrnuje 3 až 5 dělení (proerytroblast, bazofilní a polychromatofilní erytroblast) a diferenciaci buněk, kterou charakterizuje: zmenšení velikosti buňky zmenšení jádra, vymizení nukleolů, kondenzace chromatinu extruze (vypuzení) pyknotického jádra syntesa hemoglobinu na volných polyribosomech přibývající množství Hb vede k změně barvitelnosti cytoplasmy: bazofilní, polychromatofilní a nakonec eosinofilní postupné ubývání až vymizení organel (cytosolové ATP-dependentní enzymy) Proerytroblast: kulovitá buňka (14-20 µm), má velké kulaté jádro s jemnou chromatinovou (siťovitou) strukturou a zřetelnými nukleoly (2 6), basofilní cytoplasmou (polyribosomy), okolo jádra je perinukleární projasnění (nakupení mitochondrií, centrioly, Golgiho komplex) Erytropoetin stimuluje transkripci mrna pro globin Mikrofotografie: Jungueira s Basic Histology, Mescher, 2010
Basofilní erytroblast: 12-16 µm, silně bazofilní cytoplasma (syntéza Hb na polyribosomech); zmenšení velikosti buňky je provázeno zmenšením velikosti jádra, které vykazuje hrubší chromatinovou strukturu, nukleoly nejsou patrné Erytroblasty získávají Fe 2+ pro tvorbu Hb mikropinocytosou ferritinu Polychromatofilní erytroblast: 12-14 µm, cytoplasma obsahuje okrsky vytvořeného Hb, které se barví šedorůžově. Pokročilejší kondenzace chromatinu, jádro obsahuje hrubá chromatinová granula. Poslední stádium schopné dělení. LPe - pozdní stádium, které již vykazuje výrazné zmenšení velikosti buňky i jádra Mikrofotografie: Jungueira s Basic Histology, Mescher, 2010
Bazofilní erytroblast mikropinocytosa ferritinu pro syntézu hemoglobinu N S Fe Fe Pr Schéma TEM: Krstic, Illustrated Encyclopedia of Human Histology, 1984 Bazofilní erytroblast cytoplasma obsahuje veliké množství ribosomu a polysomů (R, Pr), malé množství Hb. Tvar buňky udržují marginální mikotubuly (Mt). Okrsky plasmalemmy obsahující glykokalyx (Gc) slouží k připojení ferritinových partikulí (Fe, šipky), které jsou inkorporovány do cytoplasmy pomocí mikropinocytosy (MV). Siderosomy (S) jsou aglomerace ferritinu (0,1-0,3 µm bez nebo s membránovým obalem), které se vyskytují v cytoplasmě erytroblastů.
Orthochromatofilní erytroblast: 8-10 µm, má velmi malé pyknotické jádro, které je excentricky uložené; cytoplasma je eosinofilní. 30 hodin Schéma: Jungueira s Basic Histology, Mescher, 2010 Extruse jádra (enukleace) retikulocyt 2-3 dny vypuzení jádra Mikrofotografie: WK Ovalle, PC Nahirney, Netter s Essential Histology, 2008 pyknotické jádro zralý erytrocyt Retikulocyt: 8 µm, bezjaderná buňka, eosinofilní cytoplasma. Supravitálním barvením brilant kresylovou modří se obarví zbývající polyribosomy jako jemné hrudky, které jsou síťovitě uloženy. Retikulocyt dozrává v erytrocyt během dvou až tří dní.
VÝVOJ GRANULOCYTŮ - granulopoesa Granulocyty se vyvíjejí z multipotentní myeloidní progenitorové buňky (CMP), která se pod vlivem cytokinů GM-CSF, G-CSF a IL-3 diferencuje v progenitorovou buňku pro granulocyty a monocyty (GMP). Další vývoj GMP v progenitorovou buňku granulocytů a progenitorovou buňku monocytů vyžaduje zvýšenou expresi transkripčního faktoru PU.1. Vývoj granulocytů zahrnuje tvorbou granul Jako první se objevují azurofilní granula (mají charakter lysosomů, obsahují myeloperoxidázu), u promyelocytu II. řádu se objevují v oblasti cytocentra první specifická granula. tvarové změny jádra: kulaté, oválné, ledvinovité, podkovovité (rohlíkovité), tyčka, segment. Současně se mění struktura chromatinu (od jemné síťovité struktury k jádrům s kondenzovaným chromatinem v podobě hrubších hrudek), dochází k vymizení nukleolů. změnu barvitelnosti cytoplasmy, od bazofilní k slabě eosinofilní
Schéma: Histology, Ross, Pawlina, 2006, Mikrofotografie: Stevens, Lowe, Histology, 1993 Vývojová stádia granulocytů Fáze proliferace (mitosy) a diferenciace: myeloblast (Mb), promyelocyt (Pm) a myelocyt (Mc) Postmitotická diferenciace zralých granulocytů z metamyelocytu (Mm): neutrofily - tyčka (B) a segment, eozinofil, bazofil
n n n Mm Mikrofotografie: Jungueira s Basic Histology, Mescher, 2010 azurofilní granula (ag) M Myeloblast (prekursorová buňka) Průměr 15 20 µm, velké kulaté nebo lehce oválné jádro s jemnou chromatinovou strukturou a s 3-5 nukleoly (n), bazofilní cytoplasma (zrnité ER, polyribosomy) bez granul. U jádra projasnění v oblasti cytocentra (centrioly a Golgiho komplex; označeno šipkou) M = mitóza, Mm = neutrofilní metamylocyt Promyelocyty největší buňky průměr ag 20-25 µm sg Mikrofografie: ÚHIEM n n n Časné stádium, promyelocyt I. řádu Promyelocyt II. řádu, specifická granula (sg)
PROMYELOCYTY Největší buňky granulopoesy (průměr 20-25 µm), jádro kulaté nebo oválné, u větších buněk bývá excentricky uložené. Jemná chromatinová struktura,1-2 nukleoly. Hojná bazofilní cytoplasma obsahuje bohatě vytvořené zrnité ER. U jádra je rozvinutý Golgiho komplex (G) a centrioly (C, v této oblasti se cytoplasma nebarví (je světlá) a zde se také za vývoje objevují první specifická granula. Schéma: Krstic, Illustrated Encyclopedia of Human Histology, 1984 Promyelocyt I. třídy obsahuje v cytoplazmě pouze azurofilní granula (AG, IAG= nezralá) Promyelocyt II.třídy obsahuje azurofilní i specifická granula; podle granul se rozlišují neutrofilní, eozinofilní a bazofilní promyelocyty
MYELOCYTY neutrofilní eosinofilní bazofilní Mikrofotografie: Sbírka ÚHIEM Myelocyt je poslední buňka granulopoesy schopná mitosy. Dělením promyelocytu vzniká myelocyt (průměr 15-20 µm), který se ještě obvykle dvakrát dělí. Jádro myelocytu má hrubou chromatinovou strukturu, nukleoly nejsou patrné. Jádro je oválné, často excentricky uložené; linie neutrofilů vykazuje výraznější tvarové změny jádra, častá jsou jádra ledvinovitá (viz obr.) Slabě bazofilní cytoplasma se postupně mění na eosinofilní, s přibýváním specifických granul klesá počet azurofilních granul. Poznámka: nezralá eosinofilní granula mají na dřeňových nátěrech barvených Pappenheimovou metodou nafialovělou až hnědavou barvu. Eosinofilie granul závisí na pokročilosti tvorby hlavního bazického proteinu.
Metamyelocyty Postmitotické buňky, které se již nedělí a diferencují v granulocyty Buňka je přibližně veliká jako zralý granulocyt (12-14 µm) Jádro ledvinovitého nebo podkovovitého tvaru (neutrofilní, eosinofilní metamyelocyty) nebo stále nepravidelně ovoidní (bazofilní metamyelocyt) má hustě uspořádaný chromatin, nukleoly nejsou na nátěru patrné. Slabě eosinofilní cytoplasma obsahuje specifická granula (azurofilní granula, primární lysosomy, přetrvávají ve větším zastoupení pouze u neutrofilních Mm a jsou patrné jen v TEM) Neutrofilní Mm Bazofilní Mm nt = neutrofilní tyčka Eosinofilní Mm nt Mikrofotografie: Sbírka ÚHIEM
MYELOCYTY N SG = neutrofilní, AG = azrofilní, EG = eosinofilní, BG = bazofilní granula E METAMYELOCYTY N B rer = zrnité endoplasmatické retikulum, Ly = lysosom E B Schémata: Krstic, Illustrated Encyclopedia of Human Histology, 1984
VÝVOJ TROMBOCYTŮ trombo(cyto)poesa Trombocyty vznikají jako bezjaderné cytoplasmatické fragmenty megakaryocytů. Megakaryocyty se vyvíjejí z multipotentní myeloidní progenitorové buňky (CMP), která se pod vlivem GM-CSF a IL-3 diferencuje v bipotentní progenitorové buňky erytrocytů a megakaryocytů (MEP), z nichž se diferencuje v progenitorová buňka megakaryocytů (MKP). Megakaryoblast, precursorová buňka, je velká buňka (průměr 25 až 30 µm), s poměrně velkým jádrem, které má jemnou chromatinovou strukturou a zřetelné nukleoly; bazofilní cytoplasma neobsahuje granula. Během dalšího vývoje dochází k sérii po sobě jdoucích endomitos, tj. replikaci chromosomů (a centriolů) bez karyokinesy a cytokinesy, což má za následek postupné zvětšování buňky, vznik polyploidního jádra, které získává nepravidelně laločnatý tvar. V průběhu vývoje také začíná tvorba azurofilních granul (takové stádium bylo dříve označováno promegakaryocyt). Stimulační účin trombopoetinu (cytokin produkovaný játry) vede k postupnému zvýšení ploidie na 64 n a buňka se stává megakaryocytem.
MEGAKARYOPOESA Megakaryoblast je relativně velká buňka (25-30 µm), má veliké, kulovité až ovoidní jádro a bazofilní cytoplasmu bez granul. bazofilní cytoplasma Megaryocyt je největší hemopoetická buňka (průměr 50-150 µm), má nepravidelně laločnaté heterochromatické jádro; objemná, lehce bazofilní cytoplasma obsahuje četná azurofilní granula.
Schéma TEM: Krstic, Illustrated Encyclopedia of Human Histology, 1984 N G G trombocyty G N N N G G MEGAKARYOCYT Velké polyploidní laločnaté jádro obsahuje několik nukleolů (N), které jsou vidět v TEM. Objemná cytoplasma obsahuje mnohočetné Golgiho komplexy (G) a centrioly (v perinukleární lokalizaci), mitochondrie, granulární ER. Periferní oblast cytoplasmy vykazuje políčka azurofilních granul (GR) oddělená invaginacemi plasmalemmy demarkační (rezervní) membrány (PDC). Povrch megakaryocytu není hladký, vybíhá ve výběžky (PR), které pronikají stěnou krevních sinusoid (SW). Trombocyty vznikají fragmentací cytoplasmy PR - okrsků, které mají již vytvořený marginální svazek mikrotubulů, a jejich následným uvolněním do krevní cirkulace. Z megakaryocytu vzniká okolo 2 500 trombocytů. Zbývajícíčást buňky (jádro a perinukleární cytoplasma) jsou odbourány dřeňovými makrofágy. Porucha uvolňování trombocytů má za následek trombocytopenii.
Vedle vývojových stádií hemopoetických buněk a zralých krvinek se nacházejí v červené kostní dřeni také plasmatické buňky. Plasmatické buňky jsou efektorové buňky B lymfocytů, které produkují protilátky. Plasmocyty jsou ovoidní buňky s excentricky uloženým jádrem (umístění hrubých chromatinových hrudek při jaderném obalu propůjčuje jádru loukoťovitý vzhled, N). Paranukleárně je uložený rozsáhlý Golgiho komplex (G) a centrioly. Cytoplasma obsahuje bohatě vytvořené granulární ER (rer), které podmiňuje bazofilii cytoplasmy. Na dřeňových nátěrech obarvených Pappenheimovou metodou má cytoplasma vakuolizovaný vzhled. N
TVORBA MONOCYTŮ Monocyty se vyvíjejí z multipotentní myeloidní progenitorové buňky (CMP), která se pod vlivem cytokinů GM-CSF, G-CSF a IL-3 diferencuje v společnou progenitorovou buňku pro granulocyty a monocyty (GMP). Další vývoj GMP v progenitorovou buňku monocytů vyžaduje přítomnost transkripčních faktorů PU.1 a Egr-1 a je stimulován IL3 a GM-CSF. Vývojová stádia monocytů Monoblast je prekursorová buňka podobná myelobastu Promonocyt buňka se dvakrát dělí, v cytoplasmě se vyskytují nepočetná azurofilní granula Monocyt vývoj charakterizuje rozvoj zrnitého ER a Golgiho komplexu spojená s tvorbou azurofilních granul (primární lyzosomy). Monocyty vstupují do krevního oběhu, cirkulují zde okolo 8 hodin a pak migrují do vaziva, kde dozrávají v makrofagy (také pod vlivem GM-CSF a G.CSF).
TVORBA LYMFOCYTŮ - LYMFOPOESA Primárním místem lymfopoesy u člověka je červená kostní dřeň. Vývoj všech lymfocytů začíná z multipotentní lymfoidní progenitorové buňky (CLP), která je společná pro T a B lymfocyty a NK buňky. CLP, které exprimují GATA-3 transkripční faktory tvoří linii T lymfocytů, která na stádiu nezralého lymfocytu migruje do thymu, kde dokončí svou diferenciaci Transkripční faktor Pax5 aktivuje specifické geny CLP pro linii B lymfocytů NK buňky se pravděpodobně diferencují pod vlivem IL-2 a IL-15 Vývojová stádia lymfocytů Lymfoblast (prekursorová buňka) - prolymfocyt (menší buňka, jádro má hrubší chromatinovou strukturu, v cytoplasmě nepočetná azurofilní granula) - nezralý lymfocyt (malá buňka, velké jádro s hrubou chromatinovou strukturou) Diferenciace lymfocytů zahrnuje syntézu specifických povrchových molekul receptorů, které jsou charakteristické pro B and T linii: sig - povrchové imunoglobuliny u B lymfocytů, TCR (receptory T lymfocytů), dalšími povrchovými molekulami jsou CD antigeny Pro diferenciaci CLP z pluripotentní hemopoetické kmenové buňky jsou důležité Ikaros Family transkripční faktory