Tách biệt có triển vọng và đặc trưng phân tử của các tế bào gốc huyết học có tiềm năng tự tái sinh bền vững

Blood - Tập 113 - Trang 6342-6350 - 2009
David G. Kent1,2, Michael R. Copley1,2, Claudia Benz1, Stefan Wöhrer1, Brad J. Dykstra1, Elaine Ma1, John Cheyne1, Yongjun Zhao3, Michelle B. Bowie1, Yun Zhao1, Maura Gasparetto1, Allen Delaney3, Clayton Smith1,2, Marco Marra3, Connie J. Eaves1,2
1Terry Fox Laboratory, British Columbia Cancer Agency, Vancouver, BC;
2University of British Columbia, Vancouver, BC
3Michael Smith Genome Sciences Centre, British Columbia Cancer Agency, Vancouver, BC;

Tóm tắt

Tóm tắt Các tế bào gốc huyết học (HSCs) thường được định nghĩa bởi hai đặc tính của chúng là khả năng đa tiềm năng và khả năng tự tái sinh phong phú. Tuy nhiên, sự thiếu rõ ràng trong thí nghiệm về những gì cấu thành lên khả năng tự tái sinh phong phú kết hợp với sự thiếu vắng các phương pháp để tách biệt có triển vọng các tế bào tái sinh lâu dài với các hoạt động tự tái sinh đã xác định khiến cho việc xác định các thành phần thiết yếu của cơ chế tự tái sinh và điều tra quy định của chúng trở nên khó khăn. Chúng tôi hiện cho thấy rằng các tế bào có khả năng tái sinh các vật chủ nhạy cảm với bức xạ trong 4 tháng và sản xuất các dòng tế bào có thể được cấy ghép liên tiếp có sự làm giàu cao và chọn lọc trong tập hợp CD150+ của phân đoạn EPCR+CD48−CD45+ của các tế bào gan phôi của chuột và các tế bào tủy xương của người lớn. Ngược lại, các tế bào tái sinh các vật chủ ban đầu trong cùng một thời gian nhưng cho thấy hoạt động tự tái sinh có giới hạn hơn được làm giàu trong tập hợp CD150−. Các phân tích transcriptome so sánh của 2 tập hợp này với nhau và với HSCs mà hoạt động tự tái sinh của chúng đã bị tắt nhanh chóng trong vitro đã tiết lộ 3 gen mới (VWF, Rhob, Pld3) mà sự biểu hiện cao của chúng là một đặc trưng nhất quán và chọn lọc của các tế bào tái sinh lâu dài với khả năng tự tái sinh bền vững. Những phát hiện này xác lập danh tính của một loại tế bào huyết học đa tiềm năng và phân tử khác với khả năng tự tái sinh suốt đời.

Từ khóa


Tài liệu tham khảo

Bryder, 2006, Hematopoietic stem cells: the paradigmatic tissue-specific stem cell., Am J Pathol, 169, 338, 10.2353/ajpath.2006.060312 Wu, 1968, Cytological evidence for a relationship between normal hematopoietic colony-forming cells and cells of the lymphoid system., J Exp Med, 127, 455, 10.1084/jem.127.3.455 Dick, 1985, Introduction of a selectable gene into primitive stem cells capable of long-term reconstitution of the hemopoietic system of W/Wv mice., Cell, 42, 71, 10.1016/S0092-8674(85)80102-1 Lemischka, 1986, Developmental potential and dynamic behavior of hematopoietic stem cells., Cell, 45, 917, 10.1016/0092-8674(86)90566-0 Spangrude, 1988, Purification and characterization of mouse hematopoietic stem cells., Science, 241, 58, 10.1126/science.2898810 Szilvassy, 1990, Quantitative assay for totipotent reconstituting hematopoietic stem cells by a competitive repopulation strategy., Proc Natl Acad Sci U S A, 87, 8736, 10.1073/pnas.87.22.8736 Purton, 2007, Limiting factors in murine hematopoietic stem cell assays., Cell Stem Cell, 1, 263, 10.1016/j.stem.2007.08.016 Till, 1964, A stochastic model of stem cell proliferation, based on the growth of spleen colony-forming cells., Proc Natl Acad Sci U S A, 51, 29, 10.1073/pnas.51.1.29 Humphries, 1981, Self-renewal of hemopoietic stem cells during mixed colony formation in vitro., Proc Natl Acad Sci U S A, 78, 3629, 10.1073/pnas.78.6.3629 Zon, 2008, Intrinsic and extrinsic control of haematopoietic stem-cell self-renewal., Nature, 453, 306, 10.1038/nature07038 Kent, 2008, Steel factor coordinately regulates the molecular signature and biologic function of hematopoietic stem cells., Blood, 112, 560, 10.1182/blood-2007-10-117820 Uchida, 2003, Different in vivo repopulating activities of purified hematopoietic stem cells before and after being stimulated to divide in vitro with the same kinetics., Exp Hematol, 31, 1338, 10.1016/j.exphem.2003.09.001 Pawliuk, 1996, Evidence of both ontogeny and transplant dose-regulated expansion of hematopoietic stem cells in vivo., Blood, 88, 2852, 10.1182/blood.V88.8.2852.bloodjournal8882852 Bowie, 2007, Identification of a new intrinsically timed developmental checkpoint that reprograms key hematopoietic stem cell properties., Proc Natl Acad Sci U S A, 104, 5878, 10.1073/pnas.0700460104 Yang, 2005, Identification of Lin−Sca1+kit+CD34+Flt3− short-term hematopoietic stem cells capable of rapidly reconstituting and rescuing myeloablated transplant recipients., Blood, 105, 2717, 10.1182/blood-2004-06-2159 Wagers, 2006, Differential expression of α2 integrin separates long-term and short-term reconstituting Lin−/loThy1.1loc-kit+ Sca-1+ hematopoietic stem cells., Stem Cells, 24, 1087, 10.1634/stemcells.2005-0396 Dykstra, 2007, Long-term propagation of distinct hematopoietic differentiation programs in vivo., Cell Stem Cell, 1, 218, 10.1016/j.stem.2007.05.015 Muller-Sieburg, 2006, Clonal diversity of the stem cell compartment., Curr Opin Hematol, 13, 243, 10.1097/01.moh.0000231421.00407.65 Muller-Sieburg, 2004, Myeloid-biased hematopoietic stem cells have extensive self-renewal capacity but generate diminished lymphoid progeny with impaired IL-7 responsiveness., Blood, 103, 4111, 10.1182/blood-2003-10-3448 Sudo, 2000, Age-associated characteristics of murine hematopoietic stem cells., J Exp Med, 192, 1273, 10.1084/jem.192.9.1273 Moore, 1997, In vitro maintenance of highly purified, transplantable hematopoietic stem cells., Blood, 89, 4337, 10.1182/blood.V89.12.4337 Ploemacher, 1989, An in vitro limiting-dilution assay of long-term repopulating hematopoietic stem cells in the mouse., Blood, 74, 2755, 10.1182/blood.V74.8.2755.2755 Kent, 2001, Isolation and assessment of long-term reconstituting hematopoietic cells from adult mouse bone marrow., Current Protocols in Stem Cell Biology Zhao, 2007, A modified polymerase chain reaction-long serial analysis of gene expression protocol identifies novel transcripts in human CD34+ bone marrow cells., Stem Cells, 25, 1681, 10.1634/stemcells.2006-0794 Khattra, 2007, Large scale production of SAGE libraries from microdissected tissues, flow-sorted cells and cell lines., Genome Res, 17, 108, 10.1101/gr.5488207 Robertson, 2007, DiscoverySpace: an interactive data analysis application., Genome Biol, 8, R6, 10.1186/gb-2007-8-1-r6 Audic, 1997, The significance of digital gene expression profiles., Genome Res, 7, 986, 10.1101/gr.7.10.986 Jordan, 1990, Cellular and developmental properties of fetal hematopoietic stem cells., Cell, 61, 953, 10.1016/0092-8674(90)90061-I Kiel, 2005, SLAM family receptors distinguish hematopoietic stem and progenitor cells and reveal endothelial niches for stem cells., Cell, 121, 1109, 10.1016/j.cell.2005.05.026 Rebel, 1996, A comparison of long-term repopulating hematopoietic stem cells in fetal liver and adult bone marrow from the mouse., Exp Hematol, 24, 638 Bowie, 2006, Hematopoietic stem cells proliferate until after birth and show a reversible phase-specific engraftment defect., J Clin Invest, 116, 2808, 10.1172/JCI28310 Habibian, 1998, The fluctuating phenotype of the lymphohematopoietic stem cell with cell cycle transit., J Exp Med, 188, 393, 10.1084/jem.188.2.393 Cheshier, 1999, In vivo proliferation and cell cycle kinetics of long-term self-renewing hematopoietic stem cells., Proc Natl Acad Sci U S A, 96, 3120, 10.1073/pnas.96.6.3120 Kent, 2008, Steel factor coordinately regulates the molecular signature and biologic function of hematooietic stem cells., Blood, 112, 560, 10.1182/blood-2007-10-117820 Seita, 2007, Lnk negatively regulates self-renewal of hematopoietic stem cells by modifying thrombopoietin-mediated signal transduction., Proc Natl Acad Sci U S A, 104, 2349, 10.1073/pnas.0606238104 Zhang, 2006, Prion protein is expressed on long-term repopulating hematopoietic stem cells and is important for their self-renewal., Proc Natl Acad Sci U S A, 103, 2184, 10.1073/pnas.0510577103 Lessard, 2003, Bmi-1 determines the proliferative capacity of normal and leukaemic stem cells., Nature, 423, 255, 10.1038/nature01572 Park, 2003, Bmi-1 is required for maintenance of adult self-renewing haematopoietic stem cells., Nature, 423, 302, 10.1038/nature01587 Pandolfi, 1995, Targeted disruption ofthe GATA3 gene causes severe abnormalities in the nervous system and in fetal liver haematopoiesis., Nat Genet, 11, 40, 10.1038/ng0995-40 Ohta, 2002, Polycomb group gene rae28 is required for sustaining activity of hematopoietic stem cells., J Exp Med, 195, 759, 10.1084/jem.20011911 Kamminga, 2006, The Polycomb group gene Ezh2 prevents hematopoietic stem cell exhaustion., Blood, 107, 2170, 10.1182/blood-2005-09-3585 Venezia, 2004, Molecular signatures of proliferation and quiescence in hematopoietic stem cells., PLoS Biol, 2, e301, 10.1371/journal.pbio.0020301 Cheng, 2000, Hematopoietic stem cell quiescence maintained by p21cip1/waf1., Science, 287, 1804, 10.1126/science.287.5459.1804 Cheng, 2000, Stem cell repopulation efficiency but not pool size is governed by p27kip1., Nat Med, 6, 1235, 10.1038/81335 Ema, 2005, Quantification of self-renewal capacity in single hematopoietic stem cells from normal and Lnk-deficient mice., Dev Cell, 8, 907, 10.1016/j.devcel.2005.03.019 Yuan, 2004, In vivo self-renewing divisions of haematopoietic stem cells are increased in the absence of the early G1-phase inhibitor, p18INK4C., Nat Cell Biol, 6, 436, 10.1038/ncb1126 Weksberg, 2008, CD150- side population cells represent a functionally distinct population of long-term hematopoietic stem cells., Blood, 111, 2444, 10.1182/blood-2007-09-115006 Kiel, 2008, CD150- cells are transiently reconstituting multipotent progenitors with little or no stem cell activity., Blood, 111, 4413, 10.1182/blood-2007-12-129601 Liu, 2001, RhoB is dispensable for mouse development, but it modifies susceptibility to tumor formation as well as cell adhesion and growth factor signaling in transformed cells., Mol Cell Biol, 21, 6906, 10.1128/MCB.21.20.6906-6912.2001 Watanabe, 1999, Cooperation between mDia1 and ROCK in Rho-induced actin reorganization., Nat Cell Biol, 1, 136, 10.1038/11056 Peng, 2007, Myeloproliferative defects following targeting of the Drf1 gene encoding the mammalian diaphanous related formin mDia1., Cancer Res, 67, 7565, 10.1158/0008-5472.CAN-07-1467 Pedersen, 1998, Expression of a novel murine phospholipase D homolog coincides with late neuronal development in the forebrain., J Biol Chem, 273, 31494, 10.1074/jbc.273.47.31494 Bradshaw, 1996, Effects of phorbol ester on phospholipase D and mitogen-activated protein kinase activities in T-lymphocyte cell lines., Immunol Lett, 53, 69, 10.1016/S0165-2478(96)02614-4 Sugimoto, 2006, Foxp3-dependent and -independent molecules specific for CD25+CD4+ natural regulatory T cells revealed by NDA microarray analysis., Int Immunol, 18, 1197, 10.1093/intimm/dxl060 Palmqvist, 2007, Candidate genes for expansion and transformation of hematopoietic stem cells by NUP98-HOX fusion genes., PLoS One, 2, e768, 10.1371/journal.pone.0000768 Exton, 1997, Phospholipase D: enzymology, mechanisms of regulation, and function., Physiol Rev, 77, 303, 10.1152/physrev.1997.77.2.303 Denis, 1998, A mouse model of severe von Willebrand disease: defects in hemostasis and thrombosis., Proc Natl Acad Sci U S A, 95, 9524, 10.1073/pnas.95.16.9524 Capron, 2006, The SCL relative LYL-1 is required for fetal and adult hematopoietic stem cell function and B-cell differentiation., Blood, 107, 4678, 10.1182/blood-2005-08-3145 Zhong, 2007, Overexpression of a transcription factor LYL1 induces T- and B-cell lymphoma in mice., Blood, 26, 6937