Le cellule staminali
Cellule staminali
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Non sono differenziate.
❑
Quando si divide, ogni cellula
figlia ha 2 possibilità: rimanere
staminale o differenziarsi.
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Possono dividersi senza limite.
Sotto certe condizioni hanno la capacità di RIPRODURSI
indefinitamente
Nel caso delle cellule staminali adulte, durante tutta la vita dell’organismo.
Tipi di cellule staminali
dall’embrione
dal feto
dall’adulto
CELLULE STAMINALI
EMBRIONALI
CELLULE STAMINALI
ADULTE
(N.B.: un embrione umano è considerato feto a partire da 8 settimane di gestazione)
PLURIPOTENTI TOTIPOTENTI
Una cellula staminale ha il potenziale, o la
potenza, di produrre molti tipi differenti di cellule differenziate.
Regolazione delle cellule staminali
Le funzioni di autorinnovamento e differenziamento tipiche delle cellule staminali sono regolate in modo significativo dal microambiente circostante, noto come nicchia delle cellule staminali.
Meccanismi extracellulari
Meccanismi fisici (fattori strutturali e di adesione)
Regolazione chimica (mediante meccanismi endocrini, paracrini e iuxtacrini)
Meccanismi intracellulari
Regolazione mediate da determinanti citosolici
Regolazione trascrizionale (mediata da network di fattori di trascrizione)
Regolazione epigenetica (a livello della cromatina)
Una volta rimosse dalla blastocisti, le cellule della massa cellulare interna
possono essere coltivate in vitro.
Le CELLULE STAMINALI
EMBRIONALI derivano da un gruppo di cellule detto “massa cellulare interna” (ICM), che fa parte dell’embrione (blastocisti) in fasi molto precoci di sviluppo (4- 5 giorni).
Cellule staminali embrionali
Trofoectoderma
Polarità cellulare lungo l’asse apico-basale
Le cellule del trofoectoderma possiedono una polarità lungo l’asse apico-basale che determina una differente distribuzione dei determinanti citoplasmatici.
In funzione dell’asse lungo il quale procede la divisione cellulare del trofoectoderma, questo strato cellulare può espandersi, oppure generare il primordio della ICM. L’espressione dei fattori di trascrizione Oct4, Nanog e Sox2
è essenziale per la pluripotenza temporanea della ICM.
❑
Sono capaci di generare copie identiche per tutta la
durata della vita di un individuo. Questa proprietà è detta
“auto-rinnovamento”(SELF-RENEWAL).
❑
Sono cellule indifferenziate (non specializzate) che si
trovano
in
un
tessuto
adulto
differenziato
(specializzato). Tali cellule si rinnovano (proliferano) e
si specializzano in tutti i tipi cellulari che compongono il
tessuto da cui sono originate.
CELLULE STAMINALI
ADULTE vengono messe da
parte in un tessuto quando
questo differenzia durante
l’embriogenesi (cellule
staminali di RISERVA)
Le cellule staminali
ematopoietiche e
mesenchimali del midollo
osseo, le cellule satellite del
muscolo scheletrico e le
cellule staminali della pelle
sono esempi di cellule
La differenza tra PRECURSORI
e CELLULE STAMINALI
ADULTE
è che quando una
cellula staminale si divide, una
delle due cellule figlie è una
cellula staminale, ancora
capace di dividersi.
Al contrario, quando una cellula
precursore si divide può
generare più precursori o due
cellule specializzate, nessuna
delle quali è capace di replicare
se stessa.
Dove si trovano le cellule staminali adulte?
Midollo
osseo
Polpa dei
denti
Sangue
Cornea
Retina
Cervello
Muscolo scheletrico
Fegato
Pelle
Tratto
gastrointestinale
Pancreas
Tessuto adiposo
La nicchia delle cellule staminali neuronali adulte
Fino al secolo scorso, la teoria accettata era che
“nel
cervello adulto non è prodotto nessun
neurone”.
Dal 2002,
un’importante serie di ricerche ha gettato le basi
solide a favore
dell’idea che la neurogenesi permanga
durante tutta la vita.
L’accettazione della presenza delle cellule staminali
neuronali (neuronal stem cells, NSC) segna
l’inizio di un
periodo interessante nel campo delle neuroscienze e sulla
comprensione dello sviluppo del cervello.
La nicchia delle cellule staminali neuronali adulte
Nel cervello adulto le NSC sono state caratterizzate solo in due regioni principali del sistema nervoso:
- la zona subgranulare (SGZ) nell’ippocampo; - la zona ventricolare-subventricolare (V-SVZ).
I costituenti cellulari fondamentali della nicchia V-SVZ comprendono quattro tipi cellulari:
1. le cellule E, uno strato di cellule ependimali allineate lungo la parete ventricolare;
2. la cellula staminale neuronale, denominata cellula B; 3. le cellule progenitrici C di transito e amplificazione; 4. i neuroblasti migranti di tipo A.
La nicchia delle cellule staminali neuronali adulte
Piccoli gruppi di cellule B sono circondati da cellule ependimali E multiciliate, formando una struttura a rosetta.
Si distinguono tre tipi di cellule B in base al loro stato proliferativo: • Cellule B1, quiescenti o inattive;
Generazione cellule neuronali del bulbo olfattivo
La generazione cellulare a inizio dalle cellule B.
Cellula B
Cellula C
Precursore neuronale di tipo A
Completamento del differenziamento neuronale
Divisione
Proliferazione e maturazione
Migrazione verso il bulbo olfattivo
Mantenimento del pool di NSC mediante interazioni tra cellule
Sistemi di segnalazione: VCAM1
Media l’adesione delle cellule B quiescenti con le cellule E, mantenendo la struttura a rosetta e la staminalità cellulare. Con l’invecchiamento, il numero di strutture a rosetta diminuisce.
Notch
I membri della famiglia Notch agiscono come recettori transmembrana. Livelli elevati dell’attività della via di
Notch mantengono la quiescenza delle NSC. Livelli ridotti promuovono la proliferazione e la maturazione delle NSC.
Induzione del differenziamento nella nicchia NSC
Sistemi di segnalazione:
Epithelial growth factor (EGF)
Reprime Notch favorendo la neurogenesi.
Bone morphogenetic protein (BMP)
Il segnale BMP proveniente dalle cellule endoteliali, ad alti livelli di espressione, favorisce la neurogenesi con preferenza verso un destino gliale.
Influenze ambientali nella nicchia NSC
La nicchia delle NSC adulte deve poter reagire a modificazioni dell’organismo, quali possibili lesioni traumatiche ma anche infiammazione, esercizio fisico e cambiamenti del ritmo circadiano.
Lo fa attraverso il fluido cerebrospinale (CSF), le reti neurali e il sistema vascolare.
Affinchè una sostanza disciolta nel sangue influenzi la nicchia delle NSC deve poter attraversare la barriera emato-encefalica (BEE). L’uso di traccianti fluorescenti ha permesso di capire come la BEE nella nicchia NSC sia molto “permeabile”, rispetto ad altre regioni del cervello.
La nicchia delle cellule staminali intestinali adulte
La nicchia delle cellule staminali ematopoietiche
Nicchia perivascolare
La nicchia delle cellule staminali ematopoietiche
Meccanismi regolativi della nicchia perivascolare. La modulazione, specifica per tipo cellulare, di CXCL12 (CAR) sembra essere un importante meccanismo capace di regolare la quiescenza e la ritenzione di cellule staminali ematopoietiche e delle cellule progenitrici nella nicchia perivascolare.
CXCL12 è una molecola secreta da diversi tipi cellulari.
Livelli di CXCL12 Mobilizzazione di HSC nel sangue
Le cellule staminali mesenchimali (MSC)
Sono cellule staminali isolate originariamente nel midollo osseo (bone marrow-derived stem cells).
MSC sono state osservate anche in numerosi tessuti dell’adulto (derma, osso, adipe, cartilagine, tendini, muscolo, timo, corna, polpa dentale) ma anche nel cordone ombelicale e nella placenta.
La PLASTICITÀ è la capacità di una cellula staminale adulta di un tessuto di generare tipi cellulari specializzati di altri tessuti. Un esempio di plasticità è quello di cellule staminali adulte di midollo osseo, che, sotto particolari condizioni sperimentali, generano cellule neuronali e altri tipi di cellule che si trovano nel cervello.
Controversie sulle MSC
Anche se il loro potenziale differenziativo rimane oggetto di controversia.
Non è ancora stata dimostrata la capacità di queste cellule di superare il test di pluripotenza.
Hanno una “duplice personalità”: si comportano da cellule stromali di supporto e cellule staminali.
