PURA MUÑOZ-CÁNOVES: Dedikert til jobben
begrepet stilk cellen ble skapt på slutten av det nittende århundre til å foreslå en forestilling om et felles stamfar celle for å skilje blod lineages1,2. Eksistensen av denne stamfar, som kalles en haematopoietic stilk cellen (HSC), ble endelig bevist i 1960s3. Oppdagelsen av HSCs ledet til å definere begrepet på en stilk cellen som en selv-fornye celle plassert på toppen av et hierarki, og gi opphav til et utvalg av fullt differensiert, spesialiserte celletyper på slutten av hierarkiet er grenene., Denne type dedikert voksen stilk cellen har siden blitt identifisert i flere vev.
Et annet tydelig eksempel på en dedikert stamceller befolkningen er satellitt-cellene i skjelettet muscle4. Det er mange paralleller mellom disse cellene og HSCs. Begge bor i spesialiserte, beskyttende nisjer — HSCs i benmargen og satellitt-celler i bunter av muskelfibre (myofibres). Nisje gir begge celletyper å eksistere i en sovende tilstand til nødvendig å dele så lite som mulig for å minimere risikoen for opptjening av skadelige gener., Og, som HSCs, satellitt-cellene blir aktivert og dele seg i respons til skade for deretter selv å fornye og skille i nye regenerert myofibres langs en retningsbestemt, hierarkisk pathway5 (Fig. 1a).
Figur 1 | Profesjonell og facultative stamceller. en, Satellitt-celler er en dedikert (profesjonell) befolkning av muskel stamceller. Under normale forhold (i homeostase), satellitt-celler er sovende (ikke vist)., Følgende muskel skade, stamceller begynner både til selv å fornye (buet pil) og til å gi opphav til en rekke mellomliggende avkom. Differensiering cascade avsluttes med dannelsen av fullt differensiert, modne muskel celler som kalles myofibres, som inneholder flere kjerner. b, derimot, leveren inneholder ingen kjente profesjonelle stamceller. Under homeostase, progenitor celler for både leveren viktigste typen celle (hepatocytter) og galle-duct celler opprettholde sine egne bestander av proliferating., Følgende skade, disse unipotent forfedre kan også tilegne seg en bi-mulig stamfar state (her vist for duct celle), som de kan selv fornye og gi opphav til både hepatocytter og duct celler. Om en bi-potent stamfar finnes i homeostase er ennå ikke bekreftet (ikke vist).
HSCs først ble identifisert gjennom eksperimenter viser at benmargen kunne fylle blodet system av mus som egen marg hadde vært destroyed3., Likeledes, celle-tracing studier og eksperimenter der satellitt-celler ble podet inn skadede muskelen har vist at myofibre reparasjon innebærer direkte deltakelse av satellitten celler. Videre, mus genetisk utarmet av satellitten celler mangler evnen til å danne nye myofibres, bekrefter satellitt celler som ekte voksen stilk celler (anmeldt i ref. 5).
Men selv om forsøk på å finne slike sjeldne, ‘profesjonell’ stamceller har vært vellykket i noen vev, i andre, stamceller-lignende prosesser kan bli mer variert., Faktisk, det er blitt klart at i noen tilfeller, reparasjon kan innebære regresjon av differensierte celler til et mindre differensiert stat hvor de befolke vev. Dette er i sterk kontrast til situasjonen i blod og skjelettmuskulatur; dedifferentiation av andre nisje celletyper kan ikke kompensere for HSC-eller satellitt-celle loss6,7.,
mangel av åpenbare fysiske stamceller bestander i noen vev har bedt om stadig mer skingrende utfordringer til definisjonen av voksen stilk celler som diskrete enheter som følge retningsbestemt hierarkier, og har ført til samtaler for en vekt på mer mangfoldig, plast egenskaper av stamceller. Men å skifte fokus bort fra profesjonelle stamceller risiko benekte den fordeler av å kunne identifisere og forstå disse dedikert bestander.,
evnen til å bruke profesjonelle stamceller for å pode eksperimenter gjør cellene enklere å utnytte for terapi og eksperimenter enn mer-plast stamceller-som bestander. Faktisk, HSC transplantasjon er i økende grad brukes til å behandle en rekke sykdommer, inkludert blod, metabolske og immunologiske lidelser og noen cancers8. Satellitt-cellen transplantasjon er et lovende verktøy for behandling av muskel-og karsykdommer, spesielt de som er forbundet med redusert antall av satellitten celler og nedsatt regenerativ kapasitet, slik som aldring-forbundet og arvet muskel disorders9., Midt i samtaler for å utvide definisjonen av stamceller, bør vi huske at som-ennå ukjent, dedikert stamceller bestander kan fortsatt venter på å bli oppdaget. Deres identifisering kunne ha viktige kliniske implikasjoner.
MERITXELL HUCH: fornyelse på ring
i Motsetning til blod og muskel stamceller, som bor i beskyttede nisjer, epithelial vev som linje eller bud ut fra kroppens rør er ofte utsatt for ytre eller indre belastninger., En HSC-lignende forgrening hierarki der en enkelt stamfar sitter på toppen av en direkte linje av etterkommere virker som en svært utrygg evolusjonære løsning for denne type vev — avhengighet av en enkelt ‘mester’ celle ville sette vev i fare for oppløsningen bør at cellen dør. En alternativ tilnærming som involverer overlappende hierarkier med to eller flere startpunkter virker som en mer sikker måte å løse problemet. Denne ideen tyder på at facultative stamceller, som kan fungere som stamceller hvis det er nødvendig, men ikke alltid gjør det, må foreligge.,
debatten om hvorvidt den hierarkiske HSC-lignende modell som passer andre systems10 har blitt påvirket av tendensen av forskere til å vurdere normal organ vedlikehold (homeostase) som tilsvarer fornyelse og reparasjon, til tross for den svært divergerende iboende cellulære responser som er involvert i to fenomener. Reparasjon ofte krever en høyere grad av spredning enn ikke homeostase — derfor bein fide stamceller som kan megle homeostase ikke alltid fylle en skadet vev. Dette er hvor facultative stamceller kommer inn.,
Ett eksempel på dette fenomenet kan være funnet i tarmens epitel, som er svært proliferativ både i homeostase og etter skade. En befolkning av egne stamceller opprettholder dette vevet under normale forhold. Disse er kjent som krypten-base kolonne celler, og de selv-fornye og differensiering til flere celle types11. Imidlertid, hvis vev er skadet eller stamceller befolkningen utladet, non-proliferativ celler som har begynt å differensiere eller har selv fullt modnet kan gå tilbake til en av stamceller-som staten å bidra til å fylle den tissue11., Dermed, mobil plastisitet er nøkkelen til gut vedlikehold under ulike forhold.
i Motsetning til tarmen, de fleste vev gjennomgå cellefornyelsen bare langsomt i hverdagen, og viser en økt proliferativ kapasitet som gjør dem i stand til å reparere noen (men ikke alle) strukturer følgende skader. Imidlertid, noen vev som vanligvis har lav omsetning, inkludert lever og lunge, kan helt regenerere etter skade. Cellene som gjør at denne bemerkelsesverdige svar har blitt grundig undersøkt, og har gitt ytterligere eksempler på facultative stamceller.,
lunge, som tarmen, har en befolkning på sant ‘HSC-som» stamceller som opprettholder luftveiene ved hjelp av homeostase. Følgende skader, modne differensierte celler som kalles club celler kan dedifferentiate og oppfører seg som facultative stammen cells12,13. I kontrast til eksistensen av et dedikert stilk cellen i leveren har ennå ikke bekreftet. I løpet av homeostase, to leveren-celletyper, hepatocytter og duktalt celler, synes å opprettholde sine respektive celletyper gjennom spredning., Men etter skade, i hvert fall i zebrafish14 og mice15, facultative stamceller fremkomme fra differensierte celler som kalles cholangiocytes. I mus, cholangiocytes tilbake til en bi-potent stamceller-som staten som legger til rette for regenerering av både hepatocytter og duktalt cells15 (Fig. 1b).
Disse tre eksemplene regnet som ulike organer har løst lignende problemer., Det bringer tankene til den naturlige utvalg press som fører ulike grupper av dyr for å oppnå ulike løsninger på felles habitat utfordringer — utvikle ulike strategier for å bekjempe ekstreme kaldt vær ved polene, for eksempel. Det er fristende å spekulere i at kampen for å opprettholde vev i et krevende miljø som innebærer konstant omsetning og eksponering for skader som har resultert i at det eksisterer en rekke back-up strategier som facultative stamceller bidra til å sikre vev integritet., En definisjon av stamceller som omfatter eksistensen av hele spekteret av disse plast celletyper er avgjørende hvis vi er å virkelig forstå arten av regenerering.