Tópico 5: Dinâmica de células tronco no tecido epitelial Lineage-tracing experiments for studying epithelial stem-cell dynamics

(1)

Tópico 5:

Dinâmica de células tronco no tecido epitelial

Lineage-tracing experiments for studying epithelial stem-cell dynamics

Disciplina: OCT5719

Impacto de Alterações da Biologia Epitelial no Desenvolvimento de Carcinomas

FMRP-USP

(2)

Dinâmica da função de célula-tronco

● Balanço entre proliferação e diferenciação deve ser precisamente regulado durante o desenvolvimento: garantindo que o número correto de linhagens de células precursoras específicas sejam geradas na correta ordem temporal.

● A dinâmica de proliferação e diferenciação a partir de células

tronco é também importante no organismo adulto: tal organismo

não é estático, é uma estrutura em equilíbrio dinâmico, no qual

novas células estão constantemente nascendo, diferenciando-se

e morrendo.

(3)

Exemplo: renovação do epitélio do intestino

(4)

No intestino delgado, as células progenitoras dão origem a

quatro tipos de células completamente diferenciadas

(5)

Definição de célula-tronco e questões fundamentais sobre a biologia da célula-tronco

Existem tipos específicos de células-tronco para cada tecido.

Mas há questões fundamentais/gerais que abrangem todos eles:

1. Quais são as características moleculares que distinguem as células tronco?

2. Que condições são necessárias para manter a célula tronco no local adequado e com suas características fundamentais?

3. O que determina a decisão da célula-filha entre se comprometer a diferenciação ou se manter como célula- tronco?

4. Em tecidos com diferentes tipos celulares diferenciados, há uma única célula-tronco que origina todos os tipos, ou há uma célula-tronco para cada linhagem de células?

Transit-amplifying cells

(progenitor cells)

(6)

Sinalização pela via Wnt é necessária para a manutenção do compartimento de célula-tronco no intestino

APC+/+

APC-/-

● O gene APC (adenomatous poiyposis coli) codifica uma proteína que previne a ativação inapropriada da via de Wnt.

● Perda de APC mimetiza efeito de exposição contínua ao sinal de Wnt

● Sinalização de Wnt é necessária para

manter as células da cripta intetinal

em estado proliferativo.

(7)

Como provar que uma célula-tronco é multicompetente e dá origem à todo o espectro de células diferenciadas de um tecido?

Análise clonal usando um

método de rastreamento de

linhagem (lineage tracing)

com animal transgênico.

(8)

Lgr5 marca células tronco multipotentes no epitélio intestinal

Lgr5 promoter

● Células Lgr5+ duplicam a cada 24 horas.

● Dentro de alguns dias, clones marcados podem ser vistos estendendo-se da cripta para os lados do vilo.

● Após 60 dias, muitos clones marcados ainda persistem, com alguns retidos na base da cripta e outros estendendo-se por todo o vilo até o topo.

● Usando marcadores específicos é possível observar que os clones marcados representam todos

os tipos celulares do epitélio intestinal: células Lgr5+ são multipotentes.

(9)

Dois modelos que explicam como uma célula tronco produz filhas com diferentes destinos

Ex.: Divisão dos neuroblastos em Drosophila. Ex.: Manutenção do epitélio intestinal.

(10)

Uma única célula Lgr5+ é capaz de gerar um sistema semelhante

ao de uma vilosidade completo "in vitro"(modelo de organóides)

(11)

Sinalização pela via de Ephrin-EPH estabelece a segregação dos

diferentes tipos celulares do epitélio

(12)

Sinalização pela via de Notch controla a diversificação dos tipos celulares do epitélio intestinal

● Bloqueio de sinalização de Notch:

todas as células da cripta diferenciam-se em células caliciformes (linhagem secretória), nenhuma célula absortiva.

● Ativação excessiva de Notch: todas

as células da cripta diferenciam-se

em células absortivas, nenhuma

célula de linhagem secretória.

(13)

Dinâmica de células tronco em outros tecidos

(14)

Dinâmica de células tronco durante a tumorigênese

(15)

Dependência de fatores do nicho de célula-tronco e progressão

tumoral

(16)

Dinâmica de células tronco durante a tumorigênese

(17)

Dinâmica de células tronco durante a tumorigênese

(18)

(19)

Dinâmica de células tronco durante a tumorigênese

Plasticidade: desdiferenciação e células-tronco-reserva

(20)

Dinâmica de células tronco durante a tumorigênese

Plasticidade: desdiferenciação e células-tronco-reserva

(21)

Métodos de rastreamento de linhagens para investigação da dinâmica de células tronco

Uso de corantes vitais não específicos

Experimentos de pulso- caça com nucleotídeos marcados

radioativamente e suas versões mais modernas

Datação de C

¹⁴

Tópico 5: Dinâmica de células tronco no tecido epitelial Lineage-tracing experiments for studying epithelial stem-cell dynamics

Tópico 5:

Dinâmica de células tronco no tecido epitelial

Lineage-tracing experiments for studying epithelial stem-cell dynamics

Disciplina: OCT5719

Impacto de Alterações da Biologia Epitelial no Desenvolvimento de Carcinomas

FMRP-USP

Dinâmica da função de célula-tronco

● Balanço entre proliferação e diferenciação deve ser precisamente regulado durante o desenvolvimento: garantindo que o número correto de linhagens de células precursoras específicas sejam geradas na correta ordem temporal.

● A dinâmica de proliferação e diferenciação a partir de células

tronco é também importante no organismo adulto: tal organismo

não é estático, é uma estrutura em equilíbrio dinâmico, no qual

novas células estão constantemente nascendo, diferenciando-se

e morrendo.

Exemplo: renovação do epitélio do intestino

No intestino delgado, as células progenitoras dão origem a

quatro tipos de células completamente diferenciadas

Definição de célula-tronco e questões fundamentais sobre a biologia da célula-tronco

Existem tipos específicos de células-tronco para cada tecido.

Mas há questões fundamentais/gerais que abrangem todos eles:

1. Quais são as características moleculares que distinguem as células tronco?

2. Que condições são necessárias para manter a célula tronco no local adequado e com suas características fundamentais?

3. O que determina a decisão da célula-filha entre se comprometer a diferenciação ou se manter como célula- tronco?

4. Em tecidos com diferentes tipos celulares diferenciados, há uma única célula-tronco que origina todos os tipos, ou há uma célula-tronco para cada linhagem de células?

Transit-amplifying cells

(progenitor cells)

Sinalização pela via Wnt é necessária para a manutenção do compartimento de célula-tronco no intestino

APC+/+

APC-/-

● O gene APC (adenomatous poiyposis coli) codifica uma proteína que previne a ativação inapropriada da via de Wnt.

● Perda de APC mimetiza efeito de exposição contínua ao sinal de Wnt

● Sinalização de Wnt é necessária para

manter as células da cripta intetinal

em estado proliferativo.

Como provar que uma célula-tronco é multicompetente e dá origem à todo o espectro de células diferenciadas de um tecido?

Análise clonal usando um

método de rastreamento de

linhagem (lineage tracing)

com animal transgênico.

Lgr5 marca células tronco multipotentes no epitélio intestinal

Lgr5 promoter

● Células Lgr5+ duplicam a cada 24 horas.

● Dentro de alguns dias, clones marcados podem ser vistos estendendo-se da cripta para os lados do vilo.

● Após 60 dias, muitos clones marcados ainda persistem, com alguns retidos na base da cripta e outros estendendo-se por todo o vilo até o topo.

● Usando marcadores específicos é possível observar que os clones marcados representam todos

os tipos celulares do epitélio intestinal: células Lgr5+ são multipotentes.

Dois modelos que explicam como uma célula tronco produz filhas com diferentes destinos

Ex.: Divisão dos neuroblastos em Drosophila. Ex.: Manutenção do epitélio intestinal.

Uma única célula Lgr5+ é capaz de gerar um sistema semelhante

ao de uma vilosidade completo "in vitro"(modelo de organóides)

Sinalização pela via de Ephrin-EPH estabelece a segregação dos

diferentes tipos celulares do epitélio

Sinalização pela via de Notch controla a diversificação dos tipos celulares do epitélio intestinal

● Bloqueio de sinalização de Notch:

todas as células da cripta diferenciam-se em células caliciformes (linhagem secretória), nenhuma célula absortiva.

● Ativação excessiva de Notch: todas

as células da cripta diferenciam-se

em células absortivas, nenhuma

célula de linhagem secretória.

Dinâmica de células tronco em outros tecidos

Dinâmica de células tronco durante a tumorigênese

Dependência de fatores do nicho de célula-tronco e progressão

tumoral

Dinâmica de células tronco durante a tumorigênese

Dinâmica de células tronco durante a tumorigênese

Dinâmica de células tronco durante a tumorigênese

Plasticidade: desdiferenciação e células-tronco-reserva

Dinâmica de células tronco durante a tumorigênese

Plasticidade: desdiferenciação e células-tronco-reserva

Métodos de rastreamento de linhagens para investigação da dinâmica de células tronco

Uso de corantes vitais não específicos

Experimentos de pulso- caça com nucleotídeos marcados

radioativamente e suas versões mais modernas

Datação de C

: importantes pistas do mecanismo de neurogênese em humanos.

Método baseado em sequenciamento: árvores de linhagens celulares. Foi usado na determinação de

que linfoma murino inicia-se a partir de uma única célula aberrante.

Sistema Cre-Lox

Constitutivo

● marcação contínua de células.