HEMATOPOYESIS

CÁTEDRA DE BIOQUÍMICA CLÍNICA I. INSTITUTO DE BIOQUÍMICA APLICADA 2016

Hematopoyesis La Hematopoyesis es el proceso de formación, desarrollo y maduración de los elementos formes de la sangre, a partir de un precursor celular común e indiferenciado conocido como célula madre hematopoyética pluripotencial o stem cell (HSCs)

Desarrollo

Formación

Maduración Elementos formes de la sangre a partir de una stem cell

Hematopoyesis La HEMATOPOYESIS involucra una serie de fenómenos concatenados que se inician a nivel de una célula troncal hematopoyética (CTH) 1-Autorrenovación 2-Diferenciación 3-Maduración culminando con la formación de células funcionales en sangre. - La diferenciación: sería la activación de genes específicos en el ADN nuclear. - La maduración comenzaría con la transcripción del código al ARNm - Culminando con la síntesis de las proteínas específicas para cada progenie

Origen de las células de la sangre Comienza en la 2ª semana de vida prenatal

Saco Vitelino

Origen de las células de la sangre

Mesodermo

Hemangioblasto

?

Progenitor bipotente

c. sangre

c. endotelial

Saco vitelino placenta Aorto-gonadal mesonefro

Células eritroides primitivas

Hígado fetal

circulación Médula ósea

Sitios de la Hematopoyesis

Ontogenia de la síntesis de cadenas de Hb

Hematopoyesis Prenatal

Fase mesoblástica

Fase hepática

Fase esplénica

Fase mieloide

Hematopoyesis Postnatal La hematopoyesis postnatal se produce en el complejo microambiente de la médula ósea, la cual ocupa la cavidad medular de los huesos de

todo el esqueleto.

Los primeros años de vida, la médula ósea es activa o roja en todos los huesos del cuerpo. A partir de los 5 ó 6 años se inicia la conversión a médula ósea inactiva o amarilla, donde se reemplaza gradualmente por grasa.

Circulación de la Médula ósea La médula ósea roja, en el adulto está ubicada en las costillas, el esternón, la columna vertebral, el cráneo, las escápulas y la pelvis.

Cavidad medular: parcialmente dividida por trabéculas óseas ocupada por tejido

hematopoyético rico en vasos y grasa.

La médula ósea contiene una densa red de sinusoides,

células

sanguíneas

y

precursores que están empaquetados en el

espacio

extravascular

entre

los

sinusoides Nagasawa, 2006

Recibe sangre de 2 orígenes: arteria nutricia y capilares periósticos.

Médula ósea

La hematopoyesis es más activa en la periferia, por lo que en la porción

central alrededor de los grandes vasos se puede observar mayor presencia de células grasas

Nagasawa, 2006

Esquema de la Histología de médula ósea Cél endotelial Cél adventicia

fibroblasto Cél dendrítica

Compartimientos: extravascular e intravascular

linfocito

Células hematopoyéticas reticulina colágeno

Células del estroma y matriz extracelular Cél progenitora hematopoyética

Nichos: endostal y vascular Espacio intercelular

macrófago

Cél. grasa

Laminina Proteoglicanos Fibronectina Hemonectina (Prots adhesivas)

Nichos hematopoyéticos Son microambientes donde residen HSCs y progenitores hematopoyéticos, formados por las células del estroma de médula ósea, que suministran las señales de regulación para su mantenimiento, proliferación y diferenciación

Anidamiento

Crecimiento

Diferenciación

Smith & Calvi, 2013

Nichos hematopoyéticos Células precursoras hematopoyéticas y células maduras

Factores solubles: Factores de crecimiento, Citoquinas, etc.

Células estromales: Células endoteliales Células reticulares adventicias Osteoclastos

Smith & Calvi, 2013; Mendelson & Frenette, 2014

Nichos hematopoyéticos Estrés infeccioso

Señales reguladoras dentro del nicho

Tensión de oxígeno Hemorragia Temperatura

Células estromales

Señales físicas

He et al., 2013

Se observan 2 dos nichos de células troncales hematopoyéticas (CTH) o Stem cells. El nicho endostal está localizado en la superficie del hueso donde las células en reposo (G0) contactan con osteoblastos y células CAR (CXCL12 abundante reticular cells). Se cree que numerosas moléculas intervienen también en estas interacciones. El nicho vascular está localizado adyacente a los sinusoides de la MO. La CTH del nicho vascular interactúa con células CAR y posiblemente con células endoteliales. La autorenovación de las CTH es más frecuente en el nicho vascular y puede movilizarse también hacia la circulación. En ciertas condiciones se produce intercambio de CTH entre ambos nichos

Microambiente de las células troncales hematopoyéticas

-quiescencia -metabolismo -moleculas adhesión -Ca2+ -quemoquinas -Tie-2

-acividad mitótica -mol de adhesión -factores tróficos a) de cel del nicho b) de la circulaci

Composición de los nichos hematopoyéticos

Mendelson & Frenette, 2014

En estado de reposo, mielopoyesis y linfopoyesis comparten nicho. La Infección sistémica induce señales que causan disminución de la expresión de señales de retención y crecimiento linfoide que llevan a la movilización de linfocitos de MO hacia órganos linfoides secundarios creando espacio vacante para la expansión de la mielopoyesis e incremento de la población mieloide. Takizawa et al, Blood 2012

ESQUEMA SIMPLIFICADO DE LA HEMATOPOYESIS

Jerarquía hematopoyética LTHSC

Células Madres Hematopoyéticas (HSCs)

Extensa capacidad de autorenovación

ITHSC STHSC

CMP

Células Progenitoras Hematopoyéticas (HPCs)

GMP

MEP

LMP P

MPP

CDP

Limitada capacidad de autorenovación Extensa proliferación CLP

Células Maduras Hematopoyéticas Monocito

Macrófago

Célula NK

Célula NKT

Plaquetas

Granulocito Eritrocito

Células Dendrítica

Linaje Mieloide

Célula B

Célula T

Linaje Linfoide

Sin capacidad de autorenovación Limitada proliferación

Organización de la hematopoyesis a)Stem cells Autorrenovarse Diferenciarse PROLIFERACIÓN – DIFERENCIACIÓN b) Progenitores Tempranos (UFCS; UFC-GEMM) c) Precursores Comprometidos (UFC) d) Precursores morfológicamente reconocibles

FACTORES REGULADORES

FUNCIONAMIENTO DE LA HEMATOPOYESIS

El funcionamiento normal de la hematopoyesis resulta de la interacción entre mecanismos intracelulares y la influencia del microambiente donde se desarrollan las células hematopoyéticas.

FACTORES REGULADORES DE LA HEMATOPOYESIS a) Factores de Crecimiento (CSF: factor estimulante de colonias): sintetizados por fibroblastos, céls. endoteliales, linfocitos, monocitos. b) Interleuquinas: linfocitos, macrófagos y otras células. a) Factores Multilinaje: actúan sobre progenitores tempranos o intermedios. b) Factores de linaje restricto: actúan sobre precursores

comprometidos para una progenie definida: Ej: CSF-G, Eritropoyetina, IL-5, etc.

FACTORES MULTILINAJE (factores tempranos) IL-3.

Producida por LT y mast-cells. Estimula células multilinaje. SCF. (stem cell factor-kit ligando) Producido por células del estroma. Actúa sinérgicamente con IL-3, CSF-GM y Eritropoyetina sobre CFU-GEMM, BFU-E y CFU-Mk. CSF-GM. (Factor estimulante de colonias granulocito macrófago) Producido por células del estroma y LT. LIF. (Factor inhibidor de leucemia) Producido por células mononucleares periféricas. Sinergiza con todos los factores multilinaje. Trombopoyetina. Producida por una amplia variedad de células somáticas. Estimula CFU-Mk. Sinergiza con IL-3 y SCF.

FACTORES DE CRECIMIENTO HEMATOPOYÉTICO  ERITROPOYETINA

- Precursores eritroides - Precursores megacariocíticos  CSF-GM - Panmieloide  CSF-G  CSF-M  TROMBOPOYETINA  IL-1 - Producida por casi todas las células - Induce la producción de otras citoquinas (IL-3, CSF-GM, CSF-G) por células del estroma.  IL-4 - Activa LT, LB, Macrófagos - Induce el switch de IgG a IgE  IL-5 - Estimula a eosinófilos.  IL-10 - Actividad reguladora. Inhibe macrófagos y Th1  SCF o kit-ligando - Ligando para el receptor tirosin-kinasa (c-kit). Multilinaje

FACTORES DE CRECIMIENTO HEMATOPOYÉTICO

Hoy 3 de ellos se usan en la clínica para estimular la producción de células: EPO: eritropoyetina  G-CSF: factor estimulante de granulocíticas  GM-CSF: factor estimulante de granulocíticas-macrofágicas. 

colonias colonias

Cada citokina tiene múltiples acciones mediada por receptores cuyo dominio citoplasmático contiene regiones especializadas que inician variables respuestas. Se regulan a través de la expresión de genes.

EFECTORES INTRACELULARES DE LA ERITROPOYETINA

JAK: Janus kinase STAT signal transducer and activator of transcription Modulan la transcripción génica

Regulación de la producción de neutrófilos

Factores de transcripción que restringen o favorecen la expresión génica que llevan a la diferenciación y/o proliferación Manz and Boettcher. Nature Immunol. 2014

Granulopoyesis

Day and Link. Cell. Mol. Life Sci. 2012

FACTORES QUE INHIBEN LA HEMATOPOYESIS

 INTERFERONES (alfa, beta)

 TNF- α ?  MIP-1 α (prot. inflam. de macróf.)  TGF-β  PGE-1

Inhibidores PGE 1 IFN α IFN β TNF α ? TGF β

FACTORES y su ACTIVIDAD PRINCIPAL

FACTOR

ACTIVIDAD PRINCIPAL

ACTIVIDAD SINÉRGICA

SCF (stem cell)

CFU

Múltiple

CSF-GM

CFU-GM, G, M, Eo, B

Prog tempranos CFU-E y Mk

CSG-G

CFU-G

Prog tempranos CFU-Mk

CSF-M

CFU-M

Progenitores tempranos

EPO

CFU-E

CFU-Mk

TPO

CFU-Megacariocito (Mk)

CFU-E

IL-1

Progenitores tempranos

IL-2

Linf ByT, inhibe CFU-GM

IL-3

Progenitores tempranos

IL-5

CFU-Eo, Linf B

IL-6

Linf B, células plasmáticas, CFU-GM, Mk

Progenitores tempranos

IL-7

Linfocitos B y pre-T

CFU-Mk

IL-11

Linf B, células plasmáticas

Prog tempranos CFU-Mk

Múltiple

COMPARTIMIENTO DE CÉLULAS MADRE

PRECURSORES MORFOLÓGICAMENTE RECONOCIBLES

CÉLULAS PROGENITORAS MIELOIDES Y LINFOIDES PROGENITOR EOSINÓFILOS CFU-Eo

STEM CELL MULTIPOTENTE MIELOIDE CFU-GEMM

STEM CELL PLURIPOTENTE

PROGENITOR NEUTRÓFILOS MONOCITOS CFU-GM

PROGENITOR TRIPOTENTE CFU-MIX

PRECURSORES EOSINÓFILOS

EOSINÓFILOS

PROGENITOR NEUTRÓFILOS CFU-G

PRECURSORES NEUTRÓFILOS

NEUTRÓFILOS

PROGENITOR MONOCITOS CFU-M

PRECURSORES MONOCITOS

MONOCITOS

PROGENITOR BASÓFILO

PRECURSORES BASÓFILOS

BASÓFILOS

PROGENITOR ERITROIDE TEMPRANO BFU-E

PROG. ERITR. TARDÍO CFU-E

PROGENITOR MEGACARIOCÍTICO CFU-Mk

STEM CELL LINFOIDE

CÉLULAS MADURAS

PRECURSORES ERITROCITOS

ERITROCITOS

MEGACARIOBLASTOS MEGACARIOCITOS

PLAQUETAS

PROGENITOR LINFOCITOS B

PRECURSORES CÉLULAS B

CÉLULAS B

PROGENITOR LINFOCITOS T

PRECURSORES CÉLILAS T

CÉLULAS T

CÉLULAS DENDRÍTICAS

CÉLULAS DENDRÍTICAS

Origen

Hematopoyético: CDs Plasmocitoides CDs Mieloides Células de Langerhans (pueden o no estar relacionadas con precursores de la sangre y MO) Origen Mesenquimal -CDs Foliculares : células dendríticas se originan de precursores mesenquimales. No son verdaderas presentadoras de Ag. La única semejanza con las de origen hematopoyético es la forma

ERITROPOYESIS Proceso de formación de los eritrocitos que, en el adulto normal, se realiza íntegramente en la médula ósea. A partir de células madre pluripotentes, mediante procesos no bien conocidos, se producen las células progenitoras morfológicamente indiferenciadas BFU-E (formadoras de colonias eritroides grandes y abundantes), las CFU-E (formadoras de colonias eritroides pequeñas y escasas), y las células precursoras ya diferenciadas.

SECUENCIA DE MADURACIÓN ERITROCITARIA

DIAGRAMA DE MADURACIÓN DE CÉLULAS ERITROPOYÉTICAS

Stem cell Factor

Insulin-like Growth Factor

ERITROPOYESIS

MIELOPOYESIS Proceso de formación de los leucocitos que, en el adulto normal, se realiza íntegramente en la médula ósea.

A partir de células madre pluripotentes, se producen las células progenitoras que luego de varios pasos se van comprometiendo con la serie mieloide: CFU-GM (unidades formadoras de colonias monocitoides y granulocíticas) y luego las CFU-G (formadoras de colonias granulocitos).

GRANULOPOYESIS Proceso de formación que permite la generación de los neutrófilos, basófilos y eosinófilos (granulocitos polimorfonucleares de la sangre). Se genera a partir de la línea mieloide.

Normalmente, sólo los neutrófilos maduros son liberados desde la médula ósea G-CSF, GM-CSF e IL-3 son las principales citoquinas que conducen la granulopoyesis

SECUENCIA DE MADURACIÓN LEUCOCITARIA

Sólo observar morfología

SECUENCIA DE MADURACIÓN LEUCOCITARIA

MIELOPOYESIS

COMPARTIMIENTOS EN LA MÉDULA ÓSEA

TROMBOPOYESIS

Proceso de formación de las plaquetas que, en el adulto normal, se realiza íntegramente en la médula ósea. A partir de células madre pluripotentes, se producen las células progenitoras comprometida con la serie magacariocítica que forman las unidades formadoras de megacariocitos CFU-Mk (unidades formadoras de colonias megacariocíticas) y luego de cada megacariocito se producirán miles de plaquetas.

SECUENCIA DE MADURACIÓN PLAQUETARIA Megacarioblasto

Megacariocito no plaquetógeno

Promegacariocito

Megacariocito plaquetógeno

plaquetas

SECUENCIA DE MADURACIÓN PLAQUETARIA

DIAGRAMA DE MADURACIÓN DE CÉLULAS TROMBOPOYÉTICAS

LINFOPOYESIS

Proceso mediante el cual se forman linfocitos. Comienza desde la Célula hematopoyética pluripotente, por la IL7 se especializa a tejido linfoide y este por acción de la IL3 y IL4 forma linfocitos T y Linfocitos B .

Linfocitos B: son una población de células que expresan clonalmente en la superficie celular diversos receptores capaces de reconocer epitopes antígeno específicos

Stem cell

pro-B cell

pre-B cell

Immature B cell

IgM

TEJIDOS LINFOIDES PRIMARIOS (MO, hígado)

CD19 CD20 CD21 CD23 CD24 CD38 CD40 Mature B cell

IgM

IgM IgD

CD19 CD20 CD21 CD23 CD38 CD40

Activated B cell

Memory B cell

IgM IgA

Plasma cell

TEJIDOS LINFOIDES SECUNDARIOS (bazo, nódulos linfoides)

Células Plasmáticas (1948)

Las células B, como todas las células hematopoyéticas son producidas en un procesos a partir de una células stem que se renueva a sí misma

Nawasaga T. Nature Rev Immunol 2006

DIAGRAMA DE MADURACIÓN DE LINFOCITOS B

DIAGRAMA DE MADURACIÓN DE LINFOCITOS Tαβ

DIAGRAMA DE MADURACIÓN DE LINFOCITOS T

MEGACARIOBLASTO

MÉDULA ÓSEA

FIN