Az orvosi biotechnológiai mesterképzés megfeleltetése

az Európai Unió új társadalmi kihívásainak

a Pécsi Tudományegyetemen és a Debreceni Egyetemen Azonosító szám: TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011

REGENERÁCIÓ

ÁLLATMODELLEKBEN

Az orvosi biotechnológiai mesterképzés megfeleltetése

az Európai Unió új társadalmi kihívásainak

a Pécsi Tudományegyetemen és a Debreceni Egyetemen Azonosító szám: TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011

Dr. Balogh Péter és Dr. Engelmann Péter

Transzdifferenciáció és regeneratív medicina – 3. előadás

TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011

Regeneráció

A regenerálódás olyan morfogenetikai események

összessége, mely során a részlegesen vagy teljesen

elvesztett szerv helyreállítása megtörténik.

Különböző szinteken van jelen a növényekben, a

gerinctelenekben és a gerincesekben.

TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011

A soksejtű szervezetek regenerációs

típusai

Fiziológiai regeneráció

Reparatív regeneráció

Hipertrófia

Morphallaxis

Szövetsérülés vagy vesztés

TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011

Az őssejtek evolúciója

• Az ősi ostoros egysejtűekből egy sejttömeg jön

létre.

• A felületen lévő sejtek osztódó és nem osztódó

sejtekké alakulnak át, melyeket unipotens

őssejteknek és normál testi sejteknek nevezhetünk.

• A soksejtűség kialakulásával megnőtt az igény

olyan migráló őssejtekre, melyek képesek átvenni a

szervezet belsejében található sejtek szerepét.

TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011

Regeneráció a szivacsokban

(Porifera)

• A szivacsok egyik sejtpopulációja az archeociták, aktív

őssejtek.

• Az archeociták számos különböző sejttípussá

differenciálódhatnak és önmegújhodásra is képesek.

• Az archeocitákból képződnek a choanociták (légző és

emésztő funkció) és a sclerociták (természetes

immunsejtek).

• Az archeociták oocitákat, a choanociták spermiumot hoznak

létre.

• Különleges esetben a choanociták átalakulhatnak

transzdifferenciációval archaeocitákká.

TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011

Őssejtvonalak a Hydra-ban

• A hidra testfalának epiteliális sejtjei állandóan mitotikusan

osztódnak, továbbá mind ektodermális és endodermális

epitél sejtcsoportok léteznek.

• Ezt a két epitél sejtcsoportot őssejtek hozzák létre. A hidra

epitél sejtjei képesek sikeres osztódások során

önmegújhodásra és más specializált sejttípusok

létrehozására (láb/tapogatók sejtjei).

• Emellett egy interstitiális őssejt-réteg is képződik.

TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011

Regenerálódás a Hydra-ban

• Kísérletesen szétszedett hidrák képesek újra aggregálódni

48 órán belül.

• A különböző egyedek nem növelik meg a testméretüket,

mivel a növekedés csak az elvesztett szövetek pótlására

szolgál a gyomor és a tapogatók területén.

TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011

A Hydra őssejtek molekuláris

faktorai

• Notch jelátvitel

• Wnt jelátvitel

• BMP molekulák

• JAK/STAT

• Emlős őssejt génhomológok (Sox2+, Nanog,

Oct3/4??)

TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011

Regeneráció a laposférgekben I.

• A laposférgek édesvízi tavakban és forrásokban található

kétoldali szimmetriájú állatok.

• A laposférgek igen nagy regenerációs képességgel

rendelkeznek, hogy sérült, elvesztett régióikat pótolják.

• A planáriák regenerációja az un morphallaxis.

• A morphallaxis során a sejtosztódás, regeneráció a sérült

szövettől távolabb történik.

TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011

Regeneráció a laposférgekben II.

Neoblasztok

• A planáriák kétoldali regenerációját a neoblasztok irányítják.

• A planária sejtjeinek mintegy 30%-a neoblaszt.

• Neoblasztokat találhatunk a belső mezenhimális régióban,

kivéve a garati szakaszt.

• A neoblasztok mitózissal osztódnak, és önmegújításra

képesek. Ezek az egyedüli osztódó sejtek a laposférgekben.

• Ha a egy planária megsérül, akkor a sérülés helyére a

neoblasztok bevándorolnak és osztódni kezdenek.

• A neoblasztok bármilyen sejttípus létrehozására képesek

(idegsejtek, reproduktív sejtek).

TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011

A neoblasztok molekuláris

mintázata

• Nanos RNS

• Piwi RNS

• Piwi alcsalád - Argonaute fehérjék

• miRNS

• Wnt jelátvitel

• Shh jelátvitel

• FGF jelátvitel

TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011

Az axonok regenerációs

képessége C. elegans-ban

• Sérülés után számos állatban, kivéve az emlősöket, az

axonok regenerálódhatnak.

• Ha lézeres sebészeti sérülést okozunk a C. elegans

idegrendszerében, mintegy 4-5 óra elteltével az axon

regeneráció jelei mutatkoznak és 6-10 óra elteltével

megjelenik a növekedési kúp is.

• DLK-1 jelátvitel vesz részt ebben a regenerációs

folyamatban.

TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011

A gyűrűsférgek regenerációja

• Évtizedek óta ismert az, hogy a gyűrűsférgek képesek a

sérült / elvesztett testrészüket pótolni, regeneráció révén.

• A regeneráció molekuláris háttere részleteiben nem ismert.

• A sérülés bekövetkezte után 6-10 óra elteltével neoblaszt

sejtek jelennek meg a sérülés helyén és pótolják a

károsodott szöveteket.

• További érdekesség, hogy az epitél sejtek idegsejtekké

történő transzdifferenciációja is megfigyelhető volt a sérült

szövetekben.

TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011

Regeneráció a rovarokban

• Néhány rovar képes arra, hogy pótolja elvesztett végtagjait,

illetve egyéb járulékos szerveit.

• Más rovarfajokban, mint pl. a Drosophila, a felnőtt egyedek

nem képesek regenerációra, de lárvaállapotban

figyelemreméltó regenerációs kapacitással rendelkeznek az

imaginális diszkuszok.

• A rovarok regenerációjában számos faktor vesz részt:

decapentaplagic (dpp), wingless (wg) molekulák, stb.

TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011

Regeneráció és kolónia fúzió az

előgerinchúrosokban

• Az előgerinchúrosok (korai fejlődési stádiumban) közös

fejlődési vonalat képviselnek a gerincesekkel.

• Ezek a telepes soksejtűek őssejtjeik révén képesek

regenerálódásra.

• A kolónia képződés a saját / nem saját szövetfelismerésen,

melyet egy polimorf gén (Fu/HC) mediál illetve a kolóniák

közötti ivari és a testi sejtek recirkulációján alapul.

TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011

Regeneráció a gerincesekben

A regenerációnak alapvetően két típusa van:

• Epimorfózis vagy epimorfikus regeneráció: Ezen

regenerálódás során az elvesztett testrész, a blasztémák

helyi osztódása során pótlódik és adódik hozzá a

megmaradt régióhoz. Például: a kétéltűek és más

gerincesek farok, végtag és szemlencse regenerációja.

• Morphallaxis or morphallaktikus regeneráció: Ez a típus a

megmaradt testrész újraszerveződését jelenti, majd az

elvesztett testrész pótlása történik meg. Például: a hidra,

planária és más gerinctelen fajok regenerálódása.

TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011

Regeneráció a halakban I.

Az uszony regenerálódása 4 fő szakaszra bontható:

1. Sebgyógyulás/záródás 3 óra elteltével

2. Blasztéma képződés 1 napon belül

3. Regenerációs növekedés, mely differenciálódásba vezet 2

nap után

4. Blasztéma mintázatképződés

TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011

Regeneráció a halakban II.

Heterogén sejttársaság

A haluszony regenerálódása során az epidermisz különböző

blasztéma kompartmentumokat alakít ki:

• Disztális

• Proximális

• Laterális

TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011

Regeneráció a halakban III

Molekuláris mintázatok

• Shh

• Wnt

• FGF

• Aktivin b A

• C-Jun, JunB

TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011

Epimorfózis vagy epimorfotikus

regeneráció

A farok regenerációja kétéltűekben és hüllőkben:

Kétéltűek: A farokban a gerinc helyett egy szegmentálatlan porcos cső

van jelen, ez tartalmazza a regenerálódott gerinchúrt ami a centrális

csatorna ependimájából képződik. Először a sérült epitélium alatt

viszonylag kevés sejt jelenik meg. A regenerálódás sejtes összetétele az

ependima sejtjeiből és többféle kötőszöveti (dermisz, izom, zsírszövet, a

gerinc oszteocita) sejtből származik. A nem idegi elemek osztódnak,

létrehozzák az izmot és a porcos csövet, majd az ependima osztódik és

dorzális irányban meghosszabbodik.

Hüllők: Hasonlóan a kétéltűekhez a gyíkok regenerálódó farka egy

tulajdonképpeni szegmentálatlan porcos cső , ami tartalmazza a

regenerálódott gerinchúrt ami a centrális csatorna ependimájából

képződik.

TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011

Regenerációs hasonlóságok

1

2

3

4

5

5

1 1

2

3

4

5

1

2

3

4

5

1

2

3

4

5

1

2

3

4 2

3

4

5

1

5

1

2

3

4

5

Kété

ltűek

Rovaro

k

Tra

nszp

lan

táció

Beékelő

dés

Tra

nszp

lan

táció

Nin

cs b

eékelő

dés

1

2

3

4

3

2

3

4

5

1

2

3

4

2

3

4

5

Tra

nszp

lan

táció

Beékelő

dé

s

Tra

nszp

lan

táció

Beékelő

dé

s

1

2

3

4

5

PD deléció PD duplikáció

1

2

3

4

5

1

2

3

4

5

1

2

3

4

5

TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011

Regenerációs bevésődés

Amputáció

M

A11

A13

M

A11

A13

M

A11

A13

Inaktiváció Off

Aktiváció On On On

Nincs expresszió

Memorizált

Újonnan képződött

Génexpresszió

On Off

Off

On

Off

On

Off

On

Off

Off

On

Off

Off

On

TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011

A végtag regenerációja

A regeneráció 3 stádiumra osztható:

1. Sebgyógyulás vagy preblasztéma stádium:

Véralvadás történik ill. az epidermisz bazális régiójából sejtek vándorolnak be a

sérült szövet közepébe. A seb epitéliummal borított lesz ami vastagabb, mint a

tulajdonképpeni végtagi epidermisz .

2. Blasztéma létrehozása :

A sejtek az epitél burok mögött felszaporodnak és létrehozzák a blasztémát. A

mezenhimális - blasztemális sejtek myoblasztokat, izomsejteket, korai

porcsejteket majd porcot hoznak létre. A dedifferenciációs fázis alatt a csonk

disztális részén a blasztéma képzés közben a hyaluronát (HA) szint

megemelkedik. Ahogy a blasztéma tovább fejlődik, a HA szint lecsökken. A

kollagén lebontása és a HA csökkenése jellemzi a vándorlás megindítását a

sérült szövetből.

3. Dedifferenciációs és morfogenetikus fázis:

A blasztéma helyrehozza a végtag hiányzó részét. Specifikusan, ha az alkari

régió sérült, akkor a blasztéma alkar izommá, csonttá, porccá és bőrré alakul.

TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011

A kétéltűek szemlencséjének

regenerálódása 1. Miután a lencse sérült vagy eltávolításra került, a szivárványhártya dorzális

része megvastagodik és egy hasíték jelenik meg a külső és belső íriszlamellák

között.

2. Amőboid sejtek vándorolnak be a hasítékba, megemelkedik az RNS és DNS

szintézis ill. a mitotikus sejtosztódás.

3. A dorzális régió pigment sejtjeit bekebelezik a bevándorló amőboid sejtek.

4. A létrehozott nem pigmentált kubikális sejtek egy epitél alapú üreges hólyagot

hoznak létre, ami kiterjed a belső és külső lamellákra.

5. A hólyag belső fala meghosszabbodik az üreg felé és létrehozza az elsődleges

lencserost sejteket.

6. A lencse specifikus crytallin fehérje termelődni kezd.

7. Az elsődleges lencserostok a hólyag elülső felébe kerülnek, ahol középső

magot formáznak a lencse epitélium mögött, mely létrehozza a másodlagos

lencserostokat.

8. A másodlagos lencserostok körbeveszik az elsődleges rostokat.

9. A közbülső részen a magi lencserostok degenerálódnak.

TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011

Az idegi őssejtek differenciálódási

kapacitása

Differenciáció

Noggin

Low-RA FGF-2 FGF-2

Passzázs

(6 nap)

in vitro

in vivo

Testi sejtek

Neurogenezis

Neurogenezis

Korai neurogenezis

Projektáló neuron

Cholinerg neuron

Dopaminerg neuron

Motor neuron

Neuron

Gliogenezis

Gliogenezis

Késői

neurogenezis

Interneuron

GABAerg

neuron

Neuron

Asztrocita

Oligodendrocita

Differenciáció

iPS sejtek

ES sejtek

Embrioid

testecske

Primér

neuroszféra

Embrió

Másodlagos

neuroszféra

Újszülött Felnőtt

Blasztociszta

Blasztociszta

TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011

A gerincesek regenerációját

befolyásoló faktorok

• Állat testmérete

• Idegrendszer

• Hipofízis

• A-vitamin és származékai

• Inzulin

TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011

Összefoglalás

• Minden élő organizmus képes valamilyen szintű

regenerációra szövetsérülés után.

• Az evolúció korai fokán az állatok képesek a teljes

szervezetet regenerálni, fejlettebb evolúciós stádiumokban

ez a regenerációs képesség csak bizonyos szövetekre

jellemző.

• Neoblasztok, hemoblasztok, progenitor alakok és őssejtek

vesznek részt ebben a folyamatban.