Omeostasi tissutale

B. NICCHIA INTERNA ALLO STROMA DEL MIDOLLO OSSEO

Le componenti più importanti sono:

Cellule mesenchimali (CAR): cellule che esprimono alti livelli di chemochina CXCL-12.

▪ NB: la delezione delle CAR porta alla diminuzione delle HSC e favorisce la quiescenza.

Adipociti: modulatori negativi del numero e attività proliferativa delle HSC.

▪

C. NICCHIA PERIVASCOLARE

La nicchia perivascolare si trova vicino a sinusoidi, ossia venule molto fenestrate.

In questa nicchia è importante il contributo di:

Cellule mesenchimali che esprimono alti livelli di di nestina/ CD146 nell’uomo

▪ Queste sono modulate da macrofagi e dall’innervazione simpatica dei vasi

Inoltre, Il contributo delle cellule mesenchimali perivascolari possono generare nicchie

ectopiche di emopoiesi ed esprimono molecole che regolano l’omeostasi delle HSC: SCF e

CXCL-12. La loro delezione determina un calo del 50% delle HSC nel midollo ed un aumento

delle HSC della milza.

Cellule endoteliali dei vasi che esprimo

▪ Proteine di adesioni importanti per l’homing: E/P selettine, VCAM1, ICAM1, VLA4 e CXCL12

Fattori coinvolti nell’omeostasi delle HSC: SCF

Vari fattori coinvolti nell’ematopoiesi: G-CSF, GM-CSF, IL-6 r FLT3L

HOMING-RITENZIONE

Questi aspetti sono legati alla presenza o meno di particolari molecole di adesione e chemochine (+

loro recettori).

MOLECOLE DI ADESIONE

➢ Il midollo osseo esprime molecole di adesione in modo costitutivo garantendo l’homing delle

staminali e progenitori circolanti anche allo steady state.

Cosa accade? le cellule ematopoietiche in circolano in prossimità del midollo osseo vengono

attratte, extravasano e iniziano a ricolonizzare una nicchia.

Queste si trovano su:

• CELLULE ENDOTELIALI

E-selectine si collegano a CD44 e CD162 presenti sulle cellule ematopoietiche

→

o P-selectine CD162 alias PSGL-1

→

o Molecole di adesione vascolare (VCAM-1) si legano alle integrine come VLA-4

→

o espresse sulle cellule ematopoietiche.

• OSTEOBLASTI

VCAM1 integrine come la VLA-4

→

o ICAM1 LFA-1

→

o N-caderina

o Annessina II

o CD44

o CD164

o

CHEMOCHINE

➢ La chemochina CXCL-12 viene prodotta da:

Cellule stromali del midollo

o Cellule endoteliali

o Osteoblasti

o

Questa si lega a specifici recettori:

• CXCR4 funzione di homing e ritenzione delle cellule staminali in sede

→

• CXCR7

Durante la reazione infiammatoria o con lo sviluppo di un tumore periferico, il rilascio di CXCL12

diminuisce a livello del midollo e aumenta a livello periferico in corrispondenza della zona di

richiamo ove funge da mediatore per l’ingresso di cellule staminali emopoietiche nel tessuto

periferico mediante l’interazione con i recettori CXCR4 e CXCR7 espressi dalle HSC.

MOBILITAZIONE

Le HSC possono allontanarsi temporaneamente dalla nicchia, circolare nel sangue e rispondere alle

necessità del tessuto sanguigno. Questa frazione di staminali ematopoietiche circolanti nel sangue è

circa il 5% la percentuale può essere stimolata da fattori come il CSF (fattore stimolante per le

→

colonie di granulociti), utilizzato per raccogliere HSC dal sangue

SELF-RENEWAL

La nicchia staminale cerca di mantenere l’equilibrio tra quiescenza e proliferazione attraverso fattori

pro e anti-self-renewal. L’obbiettivo è quello di evitare l’eccessiva quiescenza o proliferazione. Qui

possiamo vedere la differenza tra:

HSC FETALE

◼ Attività proliferativa spinta circa il 100% delle staminali sono in attiva proliferazione e solo lo

→

o 0,02 % sono quiescenti

Compongono un ciclo cellulare in 24h

o

HSC ADULTE

◼ Attività proliferativa ridotta e aumento di quiescenza circa il 90-95% delle cellule sono

→

o quiescente e il 5% in attiva proliferazione

Distinzione tra cellule attive che compiono un ciclo cellulare ogni 36 giorni e cellule dormienti

o che compiono un ciclo ogni 145 giorni. (nell’uomo sono circa 40 settimane);

HSC AGED

◼ Quiescenza molto spinta circa il 95% è quiescente

→

o Frequenza di proliferazione non nota perché avviene raramente.

o

CONTROLLO DELLA PROGENIE O EMATOPOIESI

La nicchia deve garantire la produzione adeguata di progenitori ematopoietici, soprattutto in risposta a

stress come carenza di ossigeno o infezioni. Per mantenere l’omeostasi del sistema ematopoietico, la

nicchia regola la produzione di fattori che promuovono l’homing, la ritenzione, la quiescenza e la

sopravvivenza delle HSC

MECCANISMI DI CONTROLLO CICLO CELLULARE

Il ciclo cellulare presenta due transizioni importanti:

- G0-G1 modulato dalle cicline D

- G1-S modulato dalla ciclina E

Queste cicline possono essere a loro volta modulate dall’azione di

altre proteine:

- Famiglia del retinoblastoma proteine p130, p170 e Rb

→

legano E2F e non possono essere trascritte le cicline necessarie

l’inizio fase G1.

- Inibitori delle CDK, ossia CKI, si distinguono in due grandi

gruppi:

CKI della famiglia Ink4 p15, p16, p18 (cellula staminale

◼ →

adulta) e p19

I membri di questa famiglia sono inibitori di CDK4 e CDK6

perché inibiscono la loro associazione con la ciclina D no fosforilazione di Rb e attivazione di E2F

→

= arresto del ciclo cellulare nella fase G1

P18 sembra essere un importante elemento regolatore per mantenere lo stato di quiescenza delle

HSC. La sua delezione aumenta la frazione HSC proliferante ma non altera la capacità di self

renewal a lungo termine.

CKI della famiglia Cip/Kip p21, p27 e p57

◼ →

I membri di questa famiglia inibiscono i complessi ciclina D-cdk4/6 e ciclina E/A – cdk2 = arresto

ciclo cellulare.

P57: elemento pro-quiescenza nelle HSC in condizioni di omeostasi

P21: attivata da p53 in condizioni di stress, inibisce il ciclo cellulare elemento pro-quiescenza in

→

condizioni di stress

P27: più importante nei progenitori

NB: p53 è in grado di attivare l’apoptosi della cellula o inibire il ciclo cellulare in momenti di stress

della cellula. Quindi in condizioni di stress viene attivata, va a ad attivare p21 e viene bloccato il ciclo.

p53 ha anche un ruolo omeostatico, anche non in condizioni di stress, attraverso molecole come

NECDIN E Gfi-1, mantenendo la quiescenza delle cellule staminali ematopoietiche.

Altri fattori presenti nella nicchia che regolano l’attività di quiescienza e proliferaizone delle staminali:

- Ligandi di Wnt → espresso dagli osteoblasti ed è l’attivatore dell’attività proliferativa.

- CXCL-12 – importante per la ritenzione, l’homing e per il mantenimento del pool delle staminali in

sede; agisce su recettori associati a proteine G

- Angiopoietina 1: Favorisce la quiescenza delle HSC, riducendo la probabilità che queste cellule si

attivino e proliferino, contribuendo a preservare il pool di cellule staminali nel lungo termine

- SCF – importante per la capacità di ripopolamento ed è espressa da tutte e 3 le nicchie;

- Trombopoietina → espressa dagli osteoblasti favorisce la capacità di ripopolazione a lungo termine

Questi agiscono sul recettore tirosin-chinasico!

L’effetto del recettore tirosin-chinasico è quello di andare ad attivare una chinasi, ossia PKB, che:

- Inibisce FOXO3A e attiva la sintesi delle cicline D si formano i complessi ciclina-CDK e si attiva

→

il ciclo cellulare = ATTIVATA LA PROLIFERAZIONE

- Inibisce BAD (fattore pro-apoptotico) e libera BCL12 (fattore anti-apoptotico) BLOCCO

→

APOPTOSI

- Favorisce la sintesi proteica aumentando la produzione dei ribosomi

SCF e TROMBOPOIETINA SI TROVANO NELLA NICCHIA IN COMCOMITANZA CON ALTRI FATTORI:

- TGF-β – agisce su recettori Ser-Tyr-chinasici favorendo l’espressione di p57 e p21, perciò blocca

l’attività proliferativa L’effetto finale di tutti questi fattori è la sopravvivenza!!!!!

→

DIFFERENZIAMENTO MIELOIDE

Il differenziamento mieloide avviene nel midollo osseo vicino all’endostio grazie a CXCL-12 e CXCR4.

Nello specifico, ci sono molti fattori

- IL-3 → regola sopravvivenza e proliferazione dei precursori eritroidi molto precoci

- Eritropoietina → va a stimolare la produzione di eritrociti e aumenta la capacità di immagazzinare

ossigeno

- Fattori CSF, stimolano le cellule progenitrici GM (granulociti macrofagi):

IL-3

o GM-CSF → citochina importante per la produzione di macrofagi e granulociti

o G-CSF → citochina più dedicata ai granulociti

o M-CSF → citochina più dedicata ai macrofagi

o

DIFFERENZIAMENTO LINFOIDE

Nel timo abbiamo il differenziamento dei linfociti T mentre nel midollo osseo il differenziamento dei

linfociti B.

1. Pre-pro-B cell trattenute vicino all’endostio da CXCL12 (prodotto da CAR cell) e

differenziamento grazie a IL-7 (prodotta da osteoblasti)

2. Pro-B cell scendono più in profondità nel midollo accompagnate da cellule mesenchimali che

producono Il-7

3. Linfociti B maturi si localizzano nella zona peri-vascolare – una parte viene immessa nel circolo

e una parte viene trattenuta dalle cellule dendritiche per sorveglianza immunologica.

Il mantenimento delle plasmacellule avviene grazie alle cellule CAR, eosinofili e megacariociti

Il mantenimento dei linfociti T della memoria, invece, è carico di una specifica nicchia.

STAMINALI MESENCHIMALI

Le cellule staminali mesenchimali sono cellule multipotenti di

origine mesodermica con morfologia fusiforme e allungata simile

ai fibroblasti.

Queste possono differenziare in molteplici tipologie cellulari:

- Adipociti

- Cellule stromali

- Fibrobalsti

- Mioblasti miociti

→

- Progenitore cellulare osteoblasti osteociti

→ →

. condroblasti

→ →

NB: alcuni sostengono che queste cellule siano così potenti da compiere il transdifferenziamento →

cellula mesodermica in grado di differenziare in neurone!

Nell’adulto le cellule staminali mesenchimali sono di origine mesenchimale e possono essere isolate

in moltissimi tessuti. Tuttavia, durante la vita embrionale queste cellule derivavano anche dalle creste

neurali.

L'ISCT ha definito i criteri minimi per identificarle: espressione di CD73, CD90 e CD105, e assenza di

antigeni ematopoietici come CD11b, CD14, CD34, CD45, CD79, CD19 e HLA-DR.

IDENTIFICAZIONE CELLULE STAMINALI MESENCHIMALI

La loro identificazione non è stata immediata perché spesso erano classificate come fibroblasti. Negli

anni ‘70, Friedenstein dimostrò che alcune cellule del midollo osseo potevano aderire alla plastica e

proliferare. Inoltre, generavano tessuto osseo e nicchie emat