HEMATOPOYESIS CÁTEDRA DE BIOQUÍMICA CLÍNICA I. INSTITUTO DE BIOQUÍMICA APLICADA 2016

Transcripción

1 HEMATOPOYESIS CÁTEDRA DE BIOQUÍMICA CLÍNICA I. INSTITUTO DE BIOQUÍMICA APLICADA 2016

2 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

3 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

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

5 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

6 Sitios de la Hematopoyesis

7 Ontogenia de la síntesis de cadenas de Hb

8 Hematopoyesis Prenatal Fase mesoblástica Fase hepática Fase esplénica Fase mieloide

9 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.

10 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.

11 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

12 Esquema de la Histología de médula ósea Cél endotelial Cél adventicia fibroblasto Cél dendrítica Compartimientos: extravascular e intravascular reticulina linfocito Células hematopoyéticas 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)

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14 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

15 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

16 Nichos hematopoyéticos Estrés infeccioso Señales reguladoras dentro del nicho Células estromales Señales físicas Tensión de oxígeno Hemorragia Temperatura He et al., 2013

17 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

18 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

19 Composición de los nichos hematopoyéticos Mendelson & Frenette, 2014

20 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

21 ESQUEMA SIMPLIFICADO DE LA HEMATOPOYESIS

22 Jerarquía hematopoyética Células Madres Hematopoyéticas (HSCs) IT- HSC LT- HSC ST- HSC Extensa capacidad de autorenovación Células Progenitoras Hematopoyéticas (HPCs) MEP CMP GMP MPP CDP LMP P CLP Limitada capacidad de autorenovación Extensa proliferación Células Maduras Hematopoyéticas Plaquetas Monocito Macrófago Granulocito Célula NK Célula NKT Sin capacidad de autorenovación Limitada proliferación Eritrocito Células Dendrítica Célula B Célula T Linaje Mieloide Linaje Linfoide

23 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

24 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.

25 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.

26 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.

27 ERITROPOYETINA - Precursores eritroides - Precursores megacariocíticos CSF-GM - Panmieloide CSF-G CSF-M FACTORES DE CRECIMIENTO HEMATOPOYÉTICO 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

28 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 colonias granulocíticas GM-CSF: factor estimulante de colonias granulocíticas-macrofágicas. 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.

29 EFECTORES INTRACELULARES DE LA ERITROPOYETINA JAK: Janus kinase STAT signal transducer and activator of transcription Modulan la transcripción génica

30 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

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

32 FACTORES QUE INHIBEN LA HEMATOPOYESIS INTERFERONES (alfa, beta) TNF- α? MIP-1 α (prot. inflam. de macróf.) TGF-β PGE-1

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

34 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 IL-2 Progenitores tempranos Linf ByT, inhibe CFU-GM IL-3 Progenitores tempranos Múltiple 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

35 COMPARTIMIENTO DE CÉLULAS MADRE CÉLULAS PROGENITORAS MIELOIDES Y LINFOIDES PRECURSORES MORFOLÓGICAMENTE RECONOCIBLES CÉLULAS MADURAS STEM CELL MULTIPOTENTE MIELOIDE CFU-GEMM PROGENITOR EOSINÓFILOS CFU-Eo PROGENITOR NEUTRÓFILOS MONOCITOS CFU-GM PROGENITOR NEUTRÓFILOS CFU-G PROGENITOR MONOCITOS CFU-M PRECURSORES EOSINÓFILOS PRECURSORES NEUTRÓFILOS PRECURSORES MONOCITOS EOSINÓFILOS NEUTRÓFILOS MONOCITOS PROGENITOR BASÓFILO PRECURSORES BASÓFILOS BASÓFILOS STEM CELL PLURIPOTENTE PROGENITOR TRIPOTENTE CFU-MIX PROGENITOR ERITROIDE TEMPRANO BFU-E PROG. ERITR. TARDÍO CFU-E PRECURSORES ERITROCITOS ERITROCITOS PROGENITOR MEGACARIOCÍTICO CFU-Mk MEGACARIOBLASTOS MEGACARIOCITOS PLAQUETAS STEM CELL LINFOIDE PROGENITOR LINFOCITOS B PROGENITOR LINFOCITOS T PRECURSORES CÉLULAS B PRECURSORES CÉLILAS T CÉLULAS B CÉLULAS T

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37 CÉLULAS DENDRÍTICAS

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39 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

40 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.

41 SECUENCIA DE MADURACIÓN ERITROCITARIA

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45 DIAGRAMA DE MADURACIÓN DE CÉLULAS ERITROPOYÉTICAS Stem cell Factor Insulin-like Growth Factor

46 ERITROPOYESIS

47 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).

48 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

49 SECUENCIA DE MADURACIÓN LEUCOCITARIA Sólo observar morfología

50 SECUENCIA DE MADURACIÓN LEUCOCITARIA

51 MIELOPOYESIS

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53 COMPARTIMIENTOS EN LA MÉDULA ÓSEA

54 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.

55 SECUENCIA DE MADURACIÓN PLAQUETARIA Megacarioblasto Promegacariocito Megacariocito no plaquetógeno Megacariocito plaquetógeno plaquetas

56 SECUENCIA DE MADURACIÓN PLAQUETARIA

57 DIAGRAMA DE MADURACIÓN DE CÉLULAS TROMBOPOYÉTICAS

58 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.

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60 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 Activated B cell Memory B cell Plasma cell IgM IgD IgM IgM IgA TEJIDOS LINFOIDES SECUNDARIOS (bazo, nódulos linfoides) CD19 CD20 CD21 CD23 CD38 CD40 Células Plasmáticas (1948)

61 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

62 DIAGRAMA DE MADURACIÓN DE LINFOCITOS B

63 DIAGRAMA DE MADURACIÓN DE LINFOCITOS Tαβ

64 DIAGRAMA DE MADURACIÓN DE LINFOCITOS T

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67 MEGACARIOBLASTO

68 MÉDULA ÓSEA FIN