HEMATOPOEZ

TPHD

İ İ İĞİ İĞİKEMİK İLİĞİ YETMEZLİĞİ SEMPOZYUMU

24 Nisan 2008-SamsunD Gül İ kDr. Gülersu İrken

Gelişimsel HematopoezYolk kesesi

→ 3-12. hafta

KaraciğerKaraciğer → 5-6. hafta → 6. ay

Dalak → 4-8. aylar

Kemik iliği → 5.ay devreye girerğ y y g

7. aydan itibaren hayat boyu ana hematopoez organıhematopoez organı

Figure 2. Hematopoiesis begins in the yolk sac with migrants then seeding in the fetal liver

f S C

Copyright ©2007 AlphaMed Press

Metcalf, D. Stem Cells 2007;25:2390-2395

Normal bir erişkin KİNormal bir erişkin Kİ

gündegünde

200 milyar 100 milyar 100 milyareritrosit lökosit trombosit

üretir

Gerektiğinde üretim artar

H t tik Kök Hü lHematopoetik Kök Hücreler

1 K di i il bili (S lf l)1. Kendini yenileyebilir (Self renewal)2. Çok yönlü farklılaşabilir (Pluripotent)Ç y ş ( p )3. Kemik iliğinden periferik kana geçebilir

(Mobilizasyon) veya tam tersi(Mobilizasyon) veya tam tersi periferden kemik iliğine dönebilir (Homing)(Homing)

4. Apoptoza gidebilir5 Ö l k ll d h k5. Özel koşullarda non-hematopoetik

hücrelere farklılaşabilir (Plastisite)

Hematopoetik kök hücrelerin kaderini

• SitokinlerT k i i f ktö l i• Transkripsiyon faktörleri

• Sinyal dönüştürücüler• Epigenetik düzenleyiciler• Apoptotik ve antiapoptotik düzenleyicilerp p p p y

tayin edertayin eder

Apoptoz İki kök hücrenin oluşması p p şile sonuçlanan simetrik bölünme

İstirahat

Farklılaşma ile sonuçlanan simetrik bölünme

Hem bir kök hücrenin hem de farklılaşmış bir hücrenin oluşması ile sonuçlanan asimetrik sonuçlanan asimetrik bölünme

Homeostaz sağlanır

İnsanda hayat boyu hematopoez İnsanda hayat boyu hematopoez nasıl devam eder?

1. Model; embriyogenezden belli sayıda kalan kök hücreler random proliferasyon vekök hücreler random proliferasyon ve differansiyasyona girer. Prolifere oldukça kendini yenileme özelliğini kaybederkendini yenileme özelliğini kaybeder.

2. Model; embriyogenezde az sayıda kök hücre yapılır Bunlar kendilerini çok fazla yenileryapılır. Bunlar kendilerini çok fazla yeniler. Yeni hücreler ilk hücre ile aynı özelliktedir. Bunların bir kısmı differensiye olurBunların bir kısmı differensiye olur.

Figure 1. A sketch of the telomerase and H/ACA small nucleolar ribonucleoprotein complexes

HKH

•Morfolojik olarak lenfosit büyüklüğünde

Yüks k N/S l•Yüksek N/S oranlı

•Belirgin nükleoluslu

•Bazofilik ve granülsüz sitoplazmalı

•Mononükleer hücreler•Mononükleer hücreler

HKH ve öncülleri hakkındaki HKH ve öncülleri hakkındaki bilgiler

• İn vitro çalışmalarNon obes diyabetik fare/SCID fare koyun• Non-obes diyabetik fare/SCID fare, koyun fetusu, transplantasyonlarP l l l l d ld• Primatlara yapılan transplantasyonlardan elde elde edilmiş

• İnsan ve fare HKH’lerinin büyük oranda benzediği görülmüşğ g

Hematopoetik kök hücreyi tanımakHematopoetik kök hücreyi tanımak

İlk k 1988’d I i W i k f• İlk kez 1988’de Irving Weissman ve ark. fare HKK yüzey antijenleri ile tanımladılarHKH’ i it l b l (Rh d i 123 H hst• HKH’yi vital boyalar (Rhodamine 123, Hoechst 33342 ile) boyanmaları az

İnsan HKH belirleyicileri Lin-

CD34+ CD13, Cd33 MyeloidCD59+

CD90/Thy1+

CD38 lo/

CD71 EritrodiCD19 B lenf.Cd3 CD4 CD5 T l fCD38 lo/-

CD117/c-Kit -/lo

Lin-

Cd3, CD4, CD5 T lenf.CD61 Megakar.(14 farklı olgun hematopoetikLin (14 farklı olgun hematopoetik hücre belirleyicisinin negatif olması)

HKHLTRC (uzun süreli kendini (yenileyebilenler)

STRC (kısa süreli kendini yenileyebilenler)

Yö l i Ö ül Yönlenmiş Öncül Hücreler

MultipotentMult potentOligopotentUnipotent

Bölünen ve Olgunlaşan

Hücreler

SLAM (Lenfosit Aktivasyon Sinyal y yMolekülleri)

• 2005’de tanımlandı (Kiel MJ ve ark.)10 l kül• >10 molekül

HKH → CD150+ CD48- CD244-

MPP→CD150- CD48- CD244+

Diziye sınırlı öncül→CD150- CD48+ CD244+Diziye sınırlı öncül→CD150 CD48 CD244

Hematopoetik Kök HücrelerHematopoetik Kök Hücreler

LTH C CD34 l Th 1 /l K LLTHSC→ CD34-, Sca-l+, Thy1+/lo, c-Kit+, Lin-, CD135-, Slam fl/CD150+

LTHSC→ CD34+, Sca-l+, Thy1+/lo, c-Kit+, Lin-, CD135- Slam fl/CD150+ Cd11bloCD135 , Slam fl/CD150+, Cd11blo

Erken MPP→ CD34+, Sca-l+, Thy1-, c-Kit+, Lin-, Er n M D , Sca , hy , c K t , L n ,CD135-, Slam fl/CD150-, Cd11blo, CD4lo

G PP l h hiGeç MPP→ CD34+, Sca-l+, Thy1-, c-Kit+, Lin-, CD135hi, Slam fl/CD150-, Cd11blo, CD4lo

İnsan Kİ hücrelerindeİnsan Kİ hücrelerinde

%• CD34+ %0,5-5• LTRC→ CD34+ CD38-LTRC→ CD34 CD38

CD34+ CD38lo→ uzun süre ft k it i i k b diengraftamn kapasitesini kaybediyor ve

lenfo/myeloid bipot. oluyory p y• CD133 de iyi bir HKH belirleyicisi

Ancak CD34’e üstünlüğü yok• Ancak CD34 e üstünlüğü yok

HKH’lerHKH ler

h h• Rhodamine-123 ve Hoechst-33342 boyalarını dışarı çıkarır (MDR proteinleri).y ş ç ( p )

ATP b ğl k t t l il• ATP bağlayıcı kaset taşıyıcıları ile yapar. Bu özellik LT-HKH, CD34+ CD38- Lin- “Side Population” hücreleri belirler.

G-CSF

Fonksiyonel stimülasyon

Yaşam

ÇoğalmaOlgunlaşma

Çoğalma

F kl l Farklılaşmaya yönlenme

Hematopoetik Büyüme Faktörlerinin Yapımının Düzenlenmesi

Hematopoetik Büyüme Faktörü Sinyal İletimi

Hematopoezde Rolü olan SitokinlerHematopoezde Rolü olan Sitokinler

A) Koloni stimüle edici faktörlerA) Koloni stimüle edici faktörlerGranülosit koloni stimüle edici faktör (G-CSF) Granülosit-makrofaj koloni stimüle edici faktör (GM-CSF) Granülos t makrofaj kolon st müle ed c faktör (GM SF)Makrofaj koloni stimüle edici faktör (M-CSF) İnterlökin-3 (IL-3) Eritropoetin (Epo) Trombopoetin (Tpo) İnterlökin 5 (IL 5)İnterlökin-5 (IL-5) Ek uyarıcı sitokinler:Stem cell faktör (SCF) f ( )Flt3 Ligand (FL) İnterlökin-6 ailesi (IL-6, IL-11, LIF, Oncostatin M)

Hematopoezde Rolü Olan SitokinlerHematopoezde Rolü Olan Sitokinler

B) H ik k i i i l diğ i l ki lB) Hematopoetik aktivitesi olan diğer interlökinler

IL-1, IL-2, IL-4, IL-7, IL-9, IL-10, IL-12, IL-17, IL-20IL 1, IL 2, IL 4, IL 7, IL 9, IL 10, IL 12, IL 17, IL 20

C) Hematopoetik aktivitesi olan klasik büyüme f ktö l ifaktörleriİnsülin benzeri büyüme faktörü-1 (IGF-I), IGF-II

Basic fibroblast büyme faktörü (b-FGF)

H t it bü ü f ktö ü (HGF)Hepatosit büyüme faktörü (HGF)

Trombosit kaynaklı büyüme faktörü (PDGF) m y üyüm f ü ( D F)

Hematopoezde Rolü Olan Sitokinler

D) H ik k i i i l i f k l

Hematopoezde Rolü Olan Sitokinler

D) Hematopoetik aktivitesi olan yeni faktörlerNotch ligandları Wnt ailesi Vasküler endotelyal büyüme faktörü (VEGF) ailesi E) Hematopoezi baskılayıcı sitokinlerKemokinler İnterferonlar Tümör nekroze edici faktör-α (TNF-α) ümör nekroze ed c faktör ( NF )Transforme edici büyüme faktörü-β (TGF-β)

HKH’nin kendini il i i ğl

HKH’nin yönlenmesini ğl f k lyenilemesini sağlayan

diğer faktörlersağlayan faktörler

WntNotch

WntNotch

kaybıNotchBmpB i 1

Notch

Bmi-1Hbx B4

HKHProliferasyonu

Wnt(+)Wnt(+)

Proliferasyonu

Wnt(+)Notch(+)

Wnt(+)Notch(+)

NotchSinyali

( )

WntSinyali

( )

Wnt(+)Notch(+)

Wnt(+)Notch(+)

(+) (+)

HKH AndiferansiyeHKH

Notch sinyaliinhibe olursa HKH’ler diferansiye HKH HKH ler diferansiye olmaya başlar

Notch sinyali Wnt’ye bağlı

Diferansiye itö

N tch nya Wnt y ağHKH’nin andiferansiye kalması için gereklidir. Fakat yaşam veya hücre

progenitör hücreler

y ş ysiklusuna girmesi içingerekli değildir.

HKHSCF, FLT3 LigandIL 1 3 6 11

Kendini HKH

SCFTPO

IL 7

IL 1,3,6,11Yenileme

MKH LKH

IL 3SCFTPO

GM-CSF IL 7 IL 7

İlkel Öncül Hücreler

ME GM T, NK B

TPO

TPO EPO IL 7 IL 7

Yönlenmiş ÖncülHücreler

MegaK E M G T NK

TPO EPO IL 7IL 2

IL 7

IL 4

DiziyeYönlenmiş Öncül

Hücreler

TPOG-CSFIL 5SCF

M-CSFEPO IL 7IL 2

IL 15

SCF

Trombosit Eritrosit Monosit T Lenfosit NK B Lenfosit

NötrofilEozinofilBazofil

Mast hücresi

O k l f id ö ül

IL-3M-CSF

GM-CSFM-CSFGM-CSF M-CSF

MonositPromonositMonoblastCFU-M

Ortak lenfoid öncül

CFU-E/MegSCF

CFU GEMM CFU GM

IL-3GM-CSFG-CSF

GM-CSFG-CSF G-CSF G-CSF

IL-3IL-6

GM-CSFG-CSF

CFU-G Myeloblast Myelosit Metamyelosit Nötrofil

PHKH CFU-GEMM CFU-GM

SCFIL 3

SCFIL-4 IL-3

IL-4GM-CSF

IL-3IL-4

IL-4IL-5SCF

IL-3IL-5

GM-CSF

CFU-BazoBazofilik myelosit

Bazofil

IL-5

CFU-Eo Eozinofil

IL-5GM-CSF

IL 5IL-3

GM-CSF

CFU Eo EozinofilEozinofilik myelosit

Transkripsiyon FaktörleriTranskripsiyon Faktörleri

DNA ü i d b lli bi di i b ğl bil t i l di (Di i• DNA üzerinde belli bir diziye bağlanabilen proteinlerdir (Diziye özgün bağlanma proteini).

• Gen transkripsiyonunun artmasında (aktivatör) veya azalmasında p y m ( ) y m(represör) rol oynar.

• Hematopoezdeki transkripsiyon faktörleri özel bir subgrup değil. Hemen hepsinin rolü varHemen hepsinin rolü var.

• Transkripsiyon faktörleri ile hücrenin fenotipi intrensekbelirlenir.

Belli Hematopoetik Dizilere Yönlendiren Belli Hematopoetik Dizilere Yönlendiren Transkripsiyon Faktörleri

• Pax5→ (B hücre)İkaros → (B/T hücre)• İkaros → (B/T hücre)

• Pu-1 ve c/EBPα → (Myeloid ve B hücre)GATA 1 (E i i k i )• GATA-1 → (Eritrosit ve megakaryosit)

• Fli-1 → (Megakaryosit)

Bu transkripsiyon faktörlerinin genetik p y geliminasyonu belli hücreleri elimine eder.Mesela c/EBPα yok ise mutlak nötropeni gelişir.Mesela c/EBPα yok ise mutlak nötropeni gelişir.

Transkripsiyon Faktörleri EtkileriniTranskripsiyon Faktörleri Etkilerini

1) Ekspresyon düzeylerine göre1) Ekspresyon düzeylerine göre2) Multiple transkripsiyon faktörleri karşılıklı

ki• rakip• işbirliği

) H ( l h l d

Etkileşim

3) Hücre tipine göre (Multipotent hücrelerde diziye yönlenme ve farklılaşmada önce diziye h F k d hhas TF gen ekspresyonu ↑, diziye has olmayanlar ise↓)

4) Yaşa göregösterirlergösterirler

Transkripsiyon FaktörleriTranskripsiyon Faktörleri

l k l l k• Hematolojik malignensilerdeki mutasyonlardan etkileniry

• Bunların mutasyonları da lösemiye yol açabiliraçabilir

Örnek; Down sendromunda akkiz GATA-1 mutasyonu ile AML M elişimimutasyonu ile AML-M7 gelişimi

EritrositPHKH Runx-1

Scl/TAL-1LMO2

Megakaryosit

MLLTelBMi-1Gfi-1AML-1

SCF

ME

GATA-1

GATA-2SCFGATA-1, FOG1,

Fli-1

PU 1 GM

GATA-2 NötrofilPU.1

Ikaros

PU 1 C/EBPβ

C/EBPα,εGM

MonositC/EBPα,β,εPU.1, C/EBPβ

LMiy

EozinofilPax5Notch

B

LKH

T

Blenfositler

E2A

GATA Ailesi 6 altgrupGATA Ailesi 6 altgrup

l• GATA 1,2,3: Hematopoezde görevli• (A/T) GATA (A/G) DNA dizilerine(A/T) GATA (A/G) DNA dizilerine

bağlanırGATA 1 (NF E )• GATA-1 (NF-E1)– Eritroid seri– Megakaryositler– Eozinofil– Eozinofil– Mast hücrelerinde eksprese olur

GATA-1’in Hematopoezdeki Hedef pGenleri

• α ve β globin genlerindeki birçok düzenleyici bölgey g

• Hem biyosentezindeki enzimler (∆ ALA…)E E R• Epo ve EpoR

• BCL XLL XL• Megakaryosit spesifik genler

H kl l f l l l• Hücre siklusu ve proliferasyonu ile ilgili genlerg

GATA-2GATA-2

H k k k h l h l d• Hematopoetik kök hücre ve öncül hücrelerde eksprese edilir. Bunların idamesi ve

l f d lproliferasyonunda rol oynar.• GATA-2 azalınca hematopoetik öncüller p

diferensiye oluyor.• GATA-2’deki mutasyonlar aplastik anemiliGATA 2 deki mutasyonlar aplastik anemili

hastalarda CD34+ hücrelerde bulunmuş.

GATA-3 → T öncüller için önemli

GATA-1’deki Mutasyonlar

Transkripsiyon faktörleri veya sinyal moleküllerindeki mutasyonlara bağlı kalıtsal trombositopenilery ğ p

Genetik Mutasyonlar Protein Disfonksiyonu Hastalık

l’ h d l k l k kc-Mpl’in hücre dışı veya membran içindeki mutasyonları

Sinyal yok Konjenital amegakaryositik trombositopeni

GATA 1 N V205G GATA 1 FOG ili i i d X’ b ğl CDAGATA-1 N V205G GATA-1 ve FOG ilişisinde ağır bozulma

X’e bağlı CDA ve trombositopeni

GATA-1 N V208S GATA-1 ve FOG ilişkisinin b l s

X’e bağlı k t b sit i h fifbozulması makrotrombositopeni, hafif

diseritropoez

G 1 N D218G G 1 F G l k dGATA-1 N D218G GATA-1 ve FOG ilişkisinde hafif bozulma

Anemisiz makrotrombositopeni

GATA-1 N R216Q FOG’un DNA’ya b ğl d l

X2e bağlı trombositopeni ve t l ibağlanmasında azalma talasemi

Terminal 11q delesyonu ETS-1 protein-Fli 1 kaybı Jacobsen ve Paris-Trousseau sendromu, dismegakaryopoezdismegakaryopoez

RUN X/AML1 DNA bağlanmasında kayıp AML’ye yatkınlık ile ailevi trombosit hastalıkları

Trombositozla giden mutasyonlarTrombositozla giden mutasyonlar

TPO mutasyonları ----------------- Kalıtsal trombositozm y m

C-Mpl transmembran mutasyonları

----------------- Ailesel esansiyel trombositemi

JAK 2 V617F ----------------- Ailesel esansiyel trombositemi

Down sendromu ----------------- AMKL (M7)GATA-1 truncated izoformları

( )Geçici miyeloproliferatif hastalıkhastalık

Antiapopitotik

Proapopitotik

Proapopitotik

Bcl-2 Ailesi Üyeleri

Eritrosit Megakaryosit Nötrofil Monosit B lenf T lenf NKEritrosit Megakaryosit Nötrofil Monosit B lenf T lenf NK

Hematopoetik Farklılaşmada Apopitotik Kontrol Noktaları

HKH MİKROÇEVRESİHKH MİKROÇEVRESİ1. Osteoblastik (Endosteal) niş

Osteoblast- Osteoblast - Osteoklast HKH- Nöral hücreler

2 V skül ( d t l l) iş

HKH

2. Vasküler (endotelyal) niş- Endotel/HKH

Kemik İliği StromasıKemik İliği Stroması

HücrelerFibroblastlar

Hücre dışı matriks proteinleriKollajen-Fibroblastlar

-Adipositler

M k f jl

-Kollajen

-Fibronektin

L i i-Makrofajlar

-Endotel hücreleri

l l

-Laminin

-Tenscin

l-Osteoblastlar -Heparan sülfat

-Hyaluronan

-Glikoproteoglikanlar

İntegrinler• Heterodimerik transmembran adezyon molekülleri

• HKH ve öncüllerde var

• 18α ve 8β subunit, 20 farklı hücre adezyon molekülü oluştururlar

• Hücrelerin çevre ile ilişkisini, yaşamasını ve proliferasyonunu (G1→ S) sağlarlar

• İntegrin doğrudan diğer hücre veya araya giren ekstrasellüler matriks proteinleri ile hücrenin yaşamasını sağlar (ilişki bozulursa apoptoz m. gelir)p p g )

Hematopoetik Kök Hücrelerin Nişteki Aktivitelerini Düzenleyen Bazı Önemli MoleküllerDüzenleyen Bazı Önemli Moleküller

Kök hücre nişindeki ligandlar

HKH’deki reseptörleri FonksiyonligandlarN-Cadherin N-Cadherin(CD 45) Hücre adezyonu VCAM İntegrin (VLA4) Hücre adezyonu g ( ) yAnjiopoetin-1 Tie-2 HKH’yi istirahatte

tutarh k lJagged-1 Notch HKH kendini yeniler

Wnt 3a Frizzled HKH kendini yeniler C +2 C R HKH’ i t bl tikCa+2 CaR HKH’nin osteoblastik

nişe dönüşünü sağlar SDF-1(CXCL12) CXCR4 Homing, mobilizasyon SDF ( X L ) X R4 Hom ng, mob l zasyonOsteopontin Alfa, beta integrin HKH istirahatte tutar SCF c-Kit HKH’nin

proliferasyonunu artırır

Şekil 1: Osteoblastik ve vasküler niş Şekil 1: Osteoblastik ve vasküler niş a) Osteoblastlar endosteal yüzeyde HKH’yi istirahatte tutar. Kalsiyum iyonları HKH’nin

üzerindeki reseptörleri sayesinde HKH’nin osteoblastik nişte uzun süreli kalmasına yardımcı olur. Osteoklastların nişin bir parçası olduğu ve kanser gelişimi ile ilişkili y ş p ç ğ g ş şolduğu yeni anlaşılmıştır.

b) HKH’lerin nişten çıkmaları (mobilizasyon) ve nişe geri dönmeleri (homing) büyüme faktörleri, kemokinler, hücre yüzey ve adezyon molekülleri, birçok enzim ve iyonların karşılıklı etkileşimi ile olurkarşılıklı etkileşimi ile olur.

c) Mobilizasyon ve farklılaşma için aktive olmuş HKH’ler vasküler nişe yerleşir. Kemik iliğindeki vasküler niş tek tabaka halindeki endotel hücrelerinden oluşur.

TRENDS in Biochemical Sciences Vol.31 No.10, 589-595

TRENDS in Biochemical Sciences Vol.31 No.10, 589-595

HKH Mobilizasyonu

HKHHKHPromegakaryoblastlar

Osteoblastik niş

Kemikk

iliği

Trombosit Olgun megakaryosit Megakaryoblast

Vasküler niş

Homing

Nişin İstenmeyen KatkılarıNişin İstenmeyen Katkıları

• Malign hücrelerin sığınağı olabilir mi?

• Metastazları kolaylaştırabilir mi?Metastazları kolaylaştırabilir mi?

• Malignensilerde sitotoksik tedaviye direnç gelişmesinde rolü?direnç gelişmesinde rolü?

23 Nisan Milli Egemenlik 23 Nisan Milli Egemenlik

ve

Çocuk Bayramınız

K tl Ol !Kutlu Olsun!