INSTITUTO NACIONAL DE CANCEROLOGÍA

HEMATOPOYESIS

PROLIFERACIÓN, DIFERENCIACIÓN Y MADURACIÓN CELULAR

VELÁZQUEZ FIGUEROA JUAN MANUEL RESIDENTE DE HEMATOLOGÍA

18, MARZO 2015

TEMARIO HISTORIA

DEFINICIÓN

INTRODUCCIÓN

ORGANIZACIÓN DEL SISTEMA HEMATOPOYÉTICO

MICROAMBIENTE HEMATOPOYÉTICO

CÉLULAS TRONCALES HEMATOPOYÉTICAS

MIELOPOYESIS

LINFOPOYESIS

HISTORIA • PRIMERA MITAD SIGLO XX – Bizozzero (Italia) y Neuman (Alemania), nombran a la MO como el sitio de la hematopoyesis – Finales siglo XIX. – Carnot y Deflandre (Francia) muestran exiistencia factor regulador de la eritropoyesis, eritropoyetina- Principios siglo XX. – Sabin, Maximow y Ferrata proponen la existencia tipo celular muy primitivo, capaz dar origen a todos los linajes hematopoyéticos, hemocitoblasto – Segunda década XX. Mayani VH. Hematopoyesis: 50 años de descubrimientos y aplicaciones. Gac Med Mex, 2009; 145, Supl 1: 23-25.

DÉCADA 1950 • 1953.- Allan Erslev (Filadelfia) demostró la existencia de la EPO. • 1957.- Donall Thomas y colaboradores, publicaron sobre TMO en humanos. • 1959.- Dr. Luis Sánchez Medal formó AMEH. • Ernest McCulloch y James Till (Canadá) publicaron primer artículo demostrando la existencia células troncales hematopoyéticas. Mayani VH. Hematopoyesis: 50 años de descubrimientos y aplicaciones. Gac Med Mex, 2009; 145, Supl 1: 23-25.

DÉCADA 1960 • 1965 & 1966.- Leo Sachs (Israel) y Donald Metcalf (Australia) publicaron estudios donde describían cultivos in vitro de células de la MO. • Finales de 1960.- Trentin y cols dan el concepto microambiente hematopoyético. • Thomas reporta los primeros TCH existosos en humanos. Mayani VH. Hematopoyesis: 50 años de descubrimientos y aplicaciones. Gac Med Mex, 2009; 145, Supl 1: 23-25.

DÉCADA 1970 • Metcalf y colaboradores, descubren y caracterizan varias proteínas: FSC-M, FSCGM, FSC-G e IL3. • Eugenio Goldwasser (Chicago) purifica la EPO. • Michael Dexter y su grupo (Manchester) describieron sistema de desarrollo in vitro en el que logran reproducir el microambiente hematopoyético. Mayani VH. Hematopoyesis: 50 años de descubrimientos y aplicaciones. Gac Med Mex, 2009; 145, Supl 1: 23-25.

DÉCADA 1980 • 1984.- Curt Civin y cols. (EUA) describen la presencia de una molécula que es expresada en la superficie de células primitivas, CD34. • Finales de los 80s.- Hal Broxmeyer y su grupo, demostraron que en la sangre cordón umbilical hay células troncales y progenitoras. • 1988.- Eliane Gluckman (Francia), realiza primer TCH de sangre de cordón umbilical. Mayani VH. Hematopoyesis: 50 años de descubrimientos y aplicaciones. Gac Med Mex, 2009; 145, Supl 1: 23-25.

DÉCADA 1990 • Nuevos sistemas in vivo para el estudio de la hematopoyesis humana. • Nuevos marcadores de células troncales y progenitoras: CD90, CD117 y CD 133.

Mayani VH. Hematopoyesis: 50 años de descubrimientos y aplicaciones. Gac Med Mex, 2009; 145, Supl 1: 23-25.

DEFINICIÓN

PROCESO A TRAVÉS DEL CUAL SE GENERAN LAS CÉLULAS DE LA SANGRE, A TRAVÉS DEL CUAL INTERVIENEN UNA GRAN VARIEDAD DE TIPOS CELULARES Y ES REGULADO POR DIVERSOS FACTORES

Torok-Strob B. Cellular interactions. Blood 1990; 72: 373-385

INTRODUCCIÓN

HEMATOPOYE SIS PRENATAL

MESOBLÁSTIC A

HEPÁTICA

MIELOIDE

Wintrobe MM. Clinical Hematology. 8th ed. Philadelphia Lea & Febiger. 1981,

HEMATOPOYESIS HEPATICA • Fuente primaria de célula rojas de la 9ª a la 24ª semana de gestación – 60% de células hematopoyéticas – La diferenciación en células eritroides depende de la señalización con eritropoyetina a través del receptor JAK2

Wintrobe MM. Clinical Hematology. 8th ed. Philadelphia Lea & Febiger. 1981,

INTRODUCCIÓN Hemangioblasto Saco vitelino

Mesénquima

Células endoteliales

Célula hematopoyética

Célula angioblástica

Células madre hematopoyéticas

Hoffbrand, V, et al. Postgraduate Haematology. 5º edition. Blacwell Publishing -Caolo, et al. Notch Regulation of Hematopoiesis, Endothelial Precursor Cells, and Blood Vesser Formation: Orchestrating the Vasculature. Stem Cells International, volume 2012.

HEMATOPOYESIS MEDULAR • Las células hematopoyéticas migran a la médula ósea en la 8ª semana de gestación • Se confina a la región diafisiaria de los huesos largos hasta la semana 15 • En la semana 12 predominan las células mieloides – Después de la semana 24 es el sitio principal

Lichtman MA et al. Williams Hematology, 8ed;

LINFOPOYESIS PERÍODO PRENATAL

Lichtman MA et al. Williams Hematology, 8ed;

HEMATOPOYESIS POSTNATAL 2x1011

• Exclusiva de la médula ósea.

1x1011

2x1010

Wintrobe MM. Clinical Hematology. 8th ed. Philadelphia Lea & Febiger. 1981,

ORGANIZACIÓN DEL SISTEMA HEMATOPOYÉTICO

Wintrobe MM. Clinical Hematology. 8th ed. Philadelphia Lea & Febiger. 1981,

MICROAMBIENTE HEMATOPOYÉTICO

ESTRUCTURA TRIDIMENSIONAL ALTAMENTE ORGANIZADA, DE CÉLULAS DEL ESTROMA Y SUS PRODUCTOS QUE REGULA LA LOCALIZACIÓN Y LA FISIOLOGÍA DE LAS CÉLULAS HEMATOPOYÉTICAS.

Mayani H, Guilbert LJ, Janowska-Wieczorek A. Biology of the hemopoietic microenvironment. Eur J Haematol 1992

MICROAMBI ENTE HEMATOPO YÉTICO COMPONENTE HEMATOPOYÉTICO

CÉLULAS DEL ESTROMA

COMPONENTE MESENQUIMAL

Mayani H, Guilbert LJ, Janowska-Wieczorek A. Biology of the hemopoietic microenvironment. Eur J Haematol 1992

COMPONENTE HEMATOPOYÉTICO Expresan: MCH II, CD45, CD14, CD11c y C68.

Regulan: Interacción célula-célula y secreción citocinas (FEC-M, FCEGM, IL1, IL3, IL6, IL8 y TNFα

Mayani H, Guilbert LJ, Janowska-Wieczorek A. Biology of the hemopoietic microenvironment. Eur J Haematol 1992

COMPONENTE MESENQUIMAL Proteínas del citoesqueleto: actina α y metavinculina

Matriz extracelular: vimentina, fibronectina, colágena I, III y IV, heparán sulfato y Ac. hialurónico

FIBROBLASTOS ESTROMALES CD45-

Quimiocina: SDF- 1

Citocinas: IL1, 6, 7, 8, FEC-M, FEC-G, SCF e INFβ

Mayani H, Guilbert LJ, Janowska-Wieczorek A. Biology of the hemopoietic microenvironment. Eur J Haematol 1992

CITOCINAS

Lichtman MA et al. Williams Hematology, 8ed;

Nicho: Recept or de vitrone ctina (αVβ3) , Ncaderi na, Tie2, Jagged -1

OSTEO BLAST OS

Homin g: Ang-1, SDF-1

Citocin as: FEC-G, FEC-M, FECGM, IL-1, IL-6

Mayani H, Guilbert LJ, Janowska-Wieczorek A. Biology of the hemopoietic microenvironment. Eur J Haematol 1992

MICROAMBIENTE HEMATOPOYÉTICO

Mayani et al, Cancerología 2 (2007): 95-107

NICHO DE LAS CÉLULAS TRONCALES HEMATOPOYÉTICAS • Interacción entre las células no hematopoyéticas y las células hematopoyéticas. • Se identifican células hematopoyéticas junta a la capa interna del hueso delimitadas por ostoblastos – CD 45 negativos (células SON)

• Mantiene a la CMH inmadura en estado quiescente.

Hoffman: Hematology: Basic Principles and Practice, 5th ed.

CÉLULAS TRONCALES HEMATOPOYÉTICAS • El estado quiescente se mantiene por el Factor de crecimiento transformador β. • Homeostasis Mediado por p 53

•

Que regula inhibidor cinasa dependiente de ciclina

Regula actividad del complejo CDK-ciclina

Previene la fosforilación de Rb

Hoffbrand, V, et al. Postgraduate Haematology. 5º edition. Blacwell Publishing

CÉLULAS TRONCALES HEMATOPOYÉTICAS

Hoffman: Hematology: Basic Principles and Practice, 5th ed.

CÉLULAS TRONCALES HEMATOPOYÉTICAS • La autorenovación se asocia parcialmente con la actividad de telomerasa – Es una estructura protectora del cromosoma – Compuesto de secuencias repetidas TTAGGG que se acortan gradualmente en la proliferación celular – Principal mecanismo para mantener la longitud del telómero al agregar secuencias repetidas de TTAGGG al final del cromosoma Hoffman: Hematology: Basic Principles and Practice, 5th ed.

CÉLULAS TRONCALES HEMATOPOYÉTICAS CARACTERÍSTICAS: Autorenovarse, multipotencial. 0.01% células nucleadas de MO

Expresan CD 34, CD 90, CD117, CD 133. Carecen específicos: CD3, CD4, CD8, Glicoforina A ….

Hoffman: Hematology: Basic Principles and Practice, 5th ed. 2008

CÉLULAS TRONCALES HEMATOPOYÉTICAS

Marcadores

CD 34 (glucoproteína de tipo I)

Adhesión celular

Detención en el ciclo celular

CD 90 (Thy1)

CD 117 (receptor cKit)

AA4

Adhesión células T/ células estromales

Supervivencia y proliferación

Homologo al receptor de C1q

Lichtman MA et al. Williams Hematology, 8ed;

REGULACIÓN INTRÍNSECA Y EXTRÍNSECA INTRÍNSECA • Factores de transcripción.- SCL, LOM2, GATA2, AML1. • Regulación epigenética. • Estabilidad en el RNAm. • Ciclo celular.

EXTRÍNSECA • Células stem nicho. • Notch, FGF, BMPs. • Citocinas que actúan a nivel de HSC.

Hoffman: Hematology: Basic Principles and Practice, 5th ed. 2008

DIFERENCIACIÓN CÉLULA TRONCAL HEMATOPOYÉTICA

Hoffman: Hematology: Basic Principles and Practice, 5th ed. 2008

FACTORES TRANSCRIPCIÓN
 PERÍODO EMBRIONARIO SCL (TAL1) Stem cell leukemia factor ERITROPOYESIS

AML 1 MLL (RUNX1 o Formación CBFα LMO2 colonias Maduració NOTCH1 Transcripc hematopo n (TAN1) ión yéticas en linfocitos eritroide SV e y Hígado megacario fetal citos Hoffman: Hematology: Basic Principles and Practice, 5th ed. 2008

FACTORES TRANSCRIPCIÓN
 CÉLULA TRONCAL ADULTA Meis 1 proloferación

HoxA9 Expresión de genes

Bmi-1 Regulación epigenética

TEL (Etv6) represor

MOZ Acetil transferasa de histonas Hoffman: Hematology: Basic Principles and Practice, 5th ed.

MIELOPOYESIS

Lichtman MA et al. Williams Hematology, 8ed;

FACTORES DE TRANSCRIPCIÓN

GATA-1 • Regulad or maestr o • Conserv a la secuen cia

FOG-1 • Se une GATA1 para activar o reprimi r la transcri

Gfi-1b

PROGENITORES ERITROIDES/ MEGACARIOCITOS ERITROPOYETINA

Citocinas: IL3, Trombopoyetina, FLT-3L, SCF

TROMBOPOYETINA

Citocinas: IL 3, IL6, IL11 Mayani et al, Cancerología 2 (2007): 95-107

ERITROPOYETINA Se sintetiza en las células intersticiales peritubulares y células tubulares renales. • También existe eritropoyetina hepática: células de Kupffer y hepatocitos. • El mayor número de receptores se encuentra en la CFU-E, célula diana para la acción de la eritropoyetina. • Estimula la proliferación de los proeritroblastos y eritroblastos basófilos. Kenneth Kaushansky, M.D. Lineage-Specific Hematopoietic Growth Factors. N Engl J Med

PROGENITORES GRANULOCITOS/ MONOCITOS

Lichtman MA et al. Williams Hematology, 8ed;

FACTORES DE TRANSCRIPCIÓN Sobreexpresi ón ! MONOCITO Rol linaje B • PU.1

Activador y represor • Egr 1 y 2

Inhibe la transcripción E2F y c-myc • C/EBPα

Lichtman MA et al. Williams Hematology, 8ed;

PROGENITORES GRANULOCITOS/ MONOCITOS Citocinas estimuladoras: GM- CSF, G-CSF, M-CSF, IL3, IL6 y SCF

Citocinas inhibidoras: TNFα, TGFβ, MIP-1α e INF

FACTORES ESTIMULANTES DE COLONIAS • Acción: células madre multipotenciales, megacariocitos, progenitores eritroides, eosinófilos y dendríticos. • FSC-GM.- Cromosoma 5, Estimula la proliferación y maduración de progenitores neutrófilos y macrófagos. Aumenta la liberación de ácido araquidónico. Lichtman MA et al. Williams Hematology, 8ed;

FACTORES ESTIMULANTES DE COLONIAS • Células maduras: – Estimulación de síntesis de membrana y nucleoproteínas. – Aumenta la expresión de proteínas de adhesión. – Inhibe la migración de los neutrófilos. – Estimula la actividad citotóxica y fagocítica. – Aumenta la liberación de histamina. – Aumenta la producción de superóxido, liberación de ácido araquidónico. Lichtman MA et al. Williams Hematology, 8ed;

SERIE MIELOIDE WHO Classification of Tumours of Haematopoietic and Lymphoid Tissues, 4TH; 2008

LINFOPOYESIS

Lichtman MA et al. Williams Hematology, 8ed;

REGULACIÓN PROGENITOR LINFOIDE TEMPRANO (ELPs) EARLY LYMPHOID PROGENIT ORS • IKAROS. Regulad or maestro factor Yoshida T, Ng SY, Zuniga-Pflucker JC, Georgopoulos K: Early hematopoietic lineage, restrictions directed by Ikaros. Nat Immunol 7:382, 2006

REGULACIÓN CÉLULA B

PAX5. – Expresión linaje B, CD19 y CD79a

EBF. – Antagonista expresión genes C/ EBPα, Id2 y PU.1; induce expresión PAX5

Pongubala JM, et al: Transcription factor EBF restricts alternative lineage options and promotes B cell fate commitment independently of Pax5. Nat Immunol 9:203, 2008.

REGULACIÓN CÉLULA T GATA3 • Factor de transcripción • HSC, CLPs y algunas células no hematopoyéticas NOTCH • Factor de transcripción hacia linaje T, pero requiere otros factores • Esencial para proliferación timocito temprano, pero NO

Taghon T, et al: Notch signaling is required for proliferation but not for differentiation at a well-defined beta-selection checkpoint during human T-cell development. Blood 113:3254, 2009

PROGENITORES LINFOIDES

Lichtman MA et al. Williams Hematology, 8ed;