La aorta-gónada-mesonefros ( AGM ) [1] [2] [3] [4] [5] es una región del mesodermo embrionario que se desarrolla durante el desarrollo embrionario a partir de la splanchnopleura paraaórtica en pollitos, [6] ratones [4 ] [5] y embriones humanos [7] . Las primeras células madre hematopoyéticas definitivas adultas , capaces de repoblación de múltiples linajes a largo plazo de receptores adultos irradiados, se originan en la pared endotelial ventral de la aorta dorsal embrionaria , [8] [9]a través de un proceso de transdiferenciación endotelial denominado "transición endotelial a hematopoyética" (EHT). [10] [11] [12] [13] [14] En el embrión de ratón, estas primeras HSC se caracterizan por su expresión de Ly6A-GFP [8] [15] (Sca1), CD31 , [16] [15 ] CD34 , [17] cKit , [16] [17] CD27 , [16] CD41 , [18] Gata2 , [16] [19] [13] Runx1 , [20] [21] Notch1 , [22] y BMP [23] entre otros.
La región aorta-gónada-mesonefros (AGM) es un área derivada del mesodermo splanchnopleura identificado en humanos embrionarios, ratones y vertebrados no mamíferos como aves y pez cebra . Contiene la aorta dorsal, las crestas genitales y el mesonefros y se encuentra entre la notocorda y el mesodermo somático, extendiéndose desde el ombligo hasta la yema del miembro anterior del embrión. [24] La región AGM juega un papel importante en el desarrollo embrionario, siendo el primer sitio intraembrionario autónomo para la hematopoyesis definitiva . [3] [2] [5] [25] [26] La hematopoyesis definitiva produce células madre hematopoyéticas que tienen la capacidad de 'autorrenovarse' cuando se trasplantan en serie a receptores irradiados y se diferencian en cualquiera de los linajes de células sanguíneas del adulto jerarquía hematopoyética. [5] [25] Las células endoteliales especializadas en el piso de la aorta dorsal (dentro de la región AGM), identificadas como endotelio hemogénico , se diferencian en células madre hematopoyéticas.
En desarrollo embrionario
La región AGM se deriva de la capa mesodermo del embrión. Durante la organogénesis (alrededor de la cuarta semana en embriones humanos), la región visceral del mesodermo, la splanchnopleura, se transforma en estructuras distintas que consisten en la aorta dorsal, las crestas genitales y el mesonefros. [27] Durante un período durante el desarrollo embrionario, la aorta dorsal produce células madre hematopoyéticas, que eventualmente colonizarán el hígado y darán lugar a todos los linajes sanguíneos maduros en el adulto. [28] Al nacer, la aorta dorsal se convierte en la aorta descendente, mientras que las crestas genitales forman las gónadas. [28] Los mesonefros pasan a formar nefronas y otras estructuras asociadas de los riñones.
La formación de la región AGM se ha descrito mejor en vertebrados no mamíferos como Xenopus laevis. Poco después de la gastrulación , las células de la placa dorsolateral, análoga al mesodermo splanchnopleura en los mamíferos, migran a la línea media, debajo de la notocorda para formar la aorta dorsal y lateralmente las venas cardinales y los conductos néfricos. [29]
Función
La función más significativa de la región mesonefros de la gónada aorta es su papel en la hematopoyesis definitiva. La hematopoyesis definitiva es la segunda ola de hematopoyesis embrionaria y da lugar a todas las células madre hematopoyéticas en el sistema hematopoyético adulto. Se ha demostrado que la región mesonefros de la gónada de la aorta alberga células progenitoras de bazo unitario formador de colonias hematopoyéticas multipotentes ( CFU- S) [1] y células madre hematopoyéticas repobladoras pluripotenciales a largo plazo (LTR- HSC ). [2] [3] En contraste con el saco vitelino , el sitio hematopoyético extra-embrionario, el número de UFC-S fue mucho mayor en la región del mesonefros de las gónadas de la aorta. La actividad de LTR-HSC también se encontró en la región mesonefros de la gónada de la aorta en un momento ligeramente antes que en el saco vitelino y el hígado fetal. Indicando así la potencia de la hematopoyesis definitiva de esta región. Además, los cultivos de órganos aislados del AGM de embriones de ratón pueden iniciar de forma autónoma la actividad de las células madre hematopoyéticas, sin influencia del saco vitelino o del hígado. [3] A los 10 días después del coito (dpc), la región mesonefros de la gónada de la aorta fue capaz de iniciar y expandir la actividad definitiva de las células madre hematopoyéticas, mientras que no se observó actividad hematopoyética en el saco vitelino hasta los 11 dpc. Esto es lo mismo en embriones humanos, donde se detectan por primera vez el día 27 en la región mesonefros de la gónada aorta, se expanden rápidamente el día 35 y luego desaparecen el día 40. Esta "desaparición" se correlaciona con la migración de estas células madre hematopoyéticas al hígado fetal, donde se convierte en el sitio subsiguiente de la hematopoyesis.
Histología
La aorta dorsal consta de una capa endotelial y una capa estromal subyacente . También existe otra población celular llamada endotelio hematogénico, que se deriva de la capa endotelial para producir células madre hematopoyéticas.
Células endoteliales
Las células endoteliales recubren la luz de todos los vasos sanguíneos como una única capa endotelial escamosa. Estas células mantienen contacto entre sí a través de uniones estrechas. En el AGM, las células endoteliales recubren el lumen de la aorta dorsal. Un subconjunto especializado de células endoteliales, el endotelio hemogénico, tiene el potencial de diferenciarse en células madre hematopoyéticas.
Endotelio hemogénico
Se detectaron células madre hematopoyéticas ( HSC ) adheridas firmemente al endotelio ventral de la aorta dorsal. Se ha identificado que estas células se originan en el endotelio hematogénico, un precursor de los linajes tanto hematopoyéticos como endoteliales. Aquí es donde las HSC se diferencian del revestimiento endotelial de la dorsa aorta. VE-cadherina, un marcador específico de las células endoteliales, se encuentra en el lado luminal del endotelio aórtico. Las células agrupadas en la pared de la aorta dorsal también expresaron VE-cadherina así como CD34 , un marcador hematopoyético y endotelial común; y CD45 , un marcador presente en células hematopoyéticas. Cuando estas células endoteliales especiales se cultivaron in vitro , pudieron generar células madre hematopoyéticas a una velocidad mayor que las células de origen hematopoyético. Por tanto, la coexpresión de marcadores de superficie celular de ambos linajes sugiere que las células madre hematopoyéticas se diferencian de las células endoteliales de la aorta dorsal en el AGM.
Las imágenes de lapso de tiempo de embriones de pez cebra vivos han proporcionado la visualización del endotelio hematógeno que se diferencia en células madre hematopoyéticas. Aproximadamente 30 horas después de la fertilización, unas pocas horas antes de la primera aparición de las dHSC, muchas células endoteliales del piso aórtico comienzan a contraerse y doblarse hacia el espacio subaórtico, por lo general durante 1 a 2 horas. Luego, estas células experimentan una nueva contracción a lo largo del eje mediolateral, uniendo sus dos vecinos endoteliales laterales y liberando su contacto con ellos. La célula emergida asume una morfología redondeada y mantiene fuertes contactos con las células endoteliales rostral y caudal para viajar a lo largo del eje del vaso. Las imágenes de microscopio electrónico muestran que estas células mantienen contactos a través de uniones estrechas. Una vez que estos contactos se disuelven, la célula, debido a su polaridad de base apical, se desplaza hacia el espacio subaórtico y, en consecuencia, coloniza otros órganos hematopoyéticos.
Desarrollo de células madre hematopoyéticas
En la producción de AGM de HSC, se cree que las células endoteliales hemogénicas juegan un papel clave. Las células endoteliales hemogénicas son células endoteliales específicas que expresan simultáneamente tanto marcadores hematopoyéticos como endoteliales. Estas células endoteliales hemogénicas luego se activan , liberando su unión con las células endoteliales adyacentes y entrando en la circulación en un proceso denominado "gemación". Esto ocurre en E9.5 en el embrión de ratón en desarrollo. A partir de aquí, las células endoteliales hemogénicas se convierten en HSC. Sin embargo, se desconoce la vía de señalización precisa implicada en la activación de las células endoteliales hemogénicas, pero se han implicado varias moléculas de señalización, como el óxido nítrico (NO), Notch 1 y Runx1.
Las vías de señalización implicadas en la activación de células endoteliales hemogénicas de AGM incluyen:
Runx1
RUNX1 (también conocido como AML1) es un factor de transcripción que ha estado fuertemente implicado en la producción y activación de células endoteliales hemogénicas en el AGM. Los estudios de eliminación de RUNX1 han demostrado una eliminación completa de la actividad hematopoyética definitiva en todos los tejidos fetales antes de la letalidad del embrión en E12. Los knockouts de RUNX1 también producen cambios morfológicos en el AGM, con excesivo apiñamiento de células mesenquimales. A medida que las células mesenquimales se diferencian en células endoteliales, la ausencia de RUNX1 puede afectar la capacidad de las células mesenquimales para diferenciarse en células endoteliales hemogénicas. Esto explicaría el aumento del número de células mesenquimales y la clara falta de células positivas para otros marcadores hematopoyéticos. Runx1 también se ha implicado en la activación del endotelio hemogénico. Utilizando knockouts condicionales, se demostró que la eliminación de la expresión de Runx1 en células endoteliales hemogénicas AGM impedía la producción de HSC. Los mismos experimentos también mostraron que una vez que se produjeron las HSC, ya no se requirió Runx1 sin producir desviación en la actividad de las HSC en comparación con los controles. Además, cuando las células AGM de los knockouts de Runx1 se sometieron a transferencia retroviral in vitro para sobreexpresar Runx1, pudieron ser rescatadas y producir células hematopoyéticas definitivas. Esto sugiere que Runx1 juega un papel crítico en la vía de señalización para la activación de células hemogénicas y su producción a partir de células mesenquimales.
Óxido nítrico
También se ha demostrado que la señalización del óxido nítrico desempeña un papel en la producción y activación de células endoteliales hemogénicas, posiblemente regulando la expresión de Runx1. El estrés puro del flujo sanguíneo activa los mecanorreceptores en los vasos sanguíneos para producir NO, lo que hace que la producción de NO sea dependiente de la circulación. Esto se ve en los knockouts de Ncx1 , donde la falta de desarrollo de un latido del corazón y la consiguiente falta de circulación da como resultado una regulación a la baja de Runx1 y ninguna actividad hematopoyética en el AGM. Cuando los knockouts de Ncx1 se suministran con una fuente externa de NO, la actividad hematopoyética en el AGM vuelve a niveles casi naturales. Esto aísla la señalización del NO como el factor clave que controla la hematopoyesis, y no solo la presencia de circulación. Sin embargo, la cascada de señalización que une NO a la expresión de Runx1 aún no se ha dilucidado. También se ha demostrado que la señalización de NO controla la motilidad de las células endoteliales regulando la expresión de las moléculas de adhesión celular ICAM-1 . Esto hace que sea probable que esté involucrado en la gemación de células endoteliales hemogénicas hacia la circulación. Como Runx1 también es crucial para la activación de las células endoteliales hemogénicas, es posible que el NO regule ambos efectos posteriores.
Señalización de muesca
Notch1 es otra proteína que se ha implicado en la vía de señalización para la producción de HSC. Los knockouts de Notch1 exhiben hematopoyesis normal en el saco vitelino, pero no producen HSC en el AGM. Se ha demostrado en experimentos que la disminución de la expresión de Notch1 también afecta la expresión de Runx1, lo que da como resultado su regulación a la baja. Otros experimentos en los que se sobreexpresa Notch1 muestran grandes grupos de células hematopoyéticas definitivas que se desarrollan en el endotelio del AGM. Como la expresión de Runx1 es proporcional a la producción de células hematopoyéticas, estos resultados sugieren que Notch1 también participa en la regulación de Runx1.
Referencias
- ↑ a b Medvinsky, AL; Samoylina, NL; Müller, AM; Dzierzak, EA (1 de julio de 1993). "Una fuente intraembrionaria pre-hepática temprana de CFU-S en el ratón en desarrollo" . Naturaleza . 364 (6432): 64–67. doi : 10.1038 / 364064a0 . ISSN 0028-0836 . PMID 8316298 .
- ^ a b c Müller, AM; Medvinsky, A .; Strouboulis, J .; Grosveld, F .; Dzierzak, E. (julio de 1994). "Desarrollo de la actividad de las células madre hematopoyéticas en el embrión de ratón" . La inmunidad . 1 (4): 291-301. doi : 10.1016 / 1074-7613 (94) 90081-7 . ISSN 1074-7613 . PMID 7889417 .
- ^ a b c d Medvinsky, Alexander; Dzierzak, Elaine (septiembre de 1996). "La hematopoyesis definitiva es iniciada de forma autónoma por la región AGM" . Celular . 86 (6): 897–906. doi : 10.1016 / s0092-8674 (00) 80165-8 . hdl : 1765/57137 . ISSN 0092-8674 . PMID 8808625 .
- ^ a b Kauts, Mari-Liis; Vink, Chris S .; Dzierzak, Elaine (noviembre de 2016). "Desarrollo de células hematopoyéticas (madre): ¿qué tan divergentes son los caminos que se toman?" . Cartas FEBS . 590 (22): 3975–3986. doi : 10.1002 / 1873-3468.12372 . ISSN 1873-3468 . PMC 5125883 . PMID 27543859 .
- ^ a b c d Dzierzak, Elaine; Bigas, Anna (3 de mayo de 2018). "Desarrollo de la sangre: dependencia e independencia de las células madre hematopoyéticas" . Célula madre celular . 22 (5): 639–651. doi : 10.1016 / j.stem.2018.04.015 . hdl : 10230/36965 . ISSN 1875-9777 . PMID 29727679 .
- ^ Cumano, Ana; Godin, Isabelle (2007). "Ontogenia del sistema hematopoyético" . Revisión anual de inmunología . 25 : 745–785. doi : 10.1146 / annurev.immunol.25.022106.141538 . ISSN 0732-0582 . PMID 17201678 .
- ^ Ivanovs, Andrejs; Rybtsov, Stanislav; Welch, Lindsey; Anderson, Richard A .; Turner, Marc L .; Medvinsky, Alexander (21 de noviembre de 2011). "Las células madre hematopoyéticas humanas altamente potentes emergen por primera vez en la región intraembrionaria de la aorta-gónada-mesonefros" . La Revista de Medicina Experimental . 208 (12): 2417–2427. doi : 10.1084 / jem.20111688 . ISSN 1540-9538 . PMC 3256972 . PMID 22042975 .
- ^ a b de Bruijn, Marella FTR; Ma, Xiaoqian; Robin, Catherine; Ottersbach, Katrin; Sánchez, María-José; Dzierzak, Elaine (mayo de 2002). "Las células madre hematopoyéticas se localizan en la capa de células endoteliales en la aorta del ratón midgestation" . La inmunidad . 16 (5): 673–683. doi : 10.1016 / s1074-7613 (02) 00313-8 . ISSN 1074-7613 . PMID 12049719 .
- ^ Taoudi, Samir; Medvinsky, Alexander (29 de mayo de 2007). "Identificación funcional del nicho de células madre hematopoyéticas en el dominio ventral de la aorta dorsal embrionaria" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 104 (22): 9399–9403. doi : 10.1073 / pnas.0700984104 . ISSN 0027-8424 . PMC 1890506 . PMID 17517650 .
- ^ Boisset, Jean-Charles; van Cappellen, Wiggert; Andrieu-Soler, Charlotte; Galjart, Niels; Dzierzak, Elaine; Robin, Catherine (4 de marzo de 2010). "Imagen in vivo de células hematopoyéticas que emergen del endotelio aórtico del ratón" . Naturaleza . 464 (7285): 116–120. doi : 10.1038 / nature08764 . ISSN 1476-4687 . PMID 20154729 .
- ^ Bertrand, Julien Y .; Chi, Neil C .; Santoso, Buyung; Teng, Shutian; Stainier, Didier YR; Traver, David (4 de marzo de 2010). "Las células madre hematopoyéticas derivan directamente del endotelio aórtico durante el desarrollo" . Naturaleza . 464 (7285): 108-111. doi : 10.1038 / nature08738 . ISSN 1476-4687 . PMC 2858358 . PMID 20154733 .
- ^ Kissa, Karima; Herbomel, Philippe (4 de marzo de 2010). "Las células madre sanguíneas emergen del endotelio aórtico mediante un nuevo tipo de transición celular" . Naturaleza . 464 (7285): 112-115. doi : 10.1038 / nature08761 . ISSN 1476-4687 . PMID 20154732 .
- ^ a b Eich, Christina; Arlt, Jochen; Vink, Chris S .; Solaimani Kartalaei, Parham; Kaimakis, Polynikis; Mariani, Samanta A .; van der Linden, Reinier; van Cappellen, Wiggert A .; Dzierzak, Elaine (2 de enero de 2018). "El análisis de células individuales in vivo revela la dinámica de Gata2 en las células en transición al destino hematopoyético" . La Revista de Medicina Experimental . 215 (1): 233–248. doi : 10.1084 / jem.20170807 . ISSN 1540-9538 . PMC 5748852 . PMID 29217535 .
- ^ Ottersbach, Katrin (30 de abril de 2019). "Transición endotelial a hematopoyética: una actualización sobre el proceso de fabricación de sangre" . Transacciones de la sociedad bioquímica . 47 (2): 591–601. doi : 10.1042 / BST20180320 . ISSN 1470-8752 . PMC 6490701 . PMID 30902922 .
- ^ a b Solaimani Kartalaei, Parham; Yamada-Inagawa, Tomoko; Vink, Chris S .; de Pater, Emma; van der Linden, Reinier; Marks-Bluth, Jonathon; van der Sloot, Anthon; van den Hout, Mirjam; Yokomizo, Tomomasa; van Schaick-Solernó, M. Lucila; Delwel, Ruud (12 de enero de 2015). "El análisis del transcriptoma completo de la transición de células madre endoteliales a hematopoyéticas revela un requisito para Gpr56 en la generación de HSC" . La Revista de Medicina Experimental . 212 (1): 93–106. doi : 10.1084 / jem.20140767 . ISSN 1540-9538 . PMC 4291529 . PMID 25547674 .
- ^ a b c d Vink, Chris Sebastiaan; Calero-Nieto, Fernando José; Wang, Xiaonan; Maglitto, Antonio; Mariani, Samanta Antonella; Jawaid, Wajid; Göttgens, Berthold; Dzierzak, Elaine (12 de mayo de 2020). "Los análisis iterativos unicelulares definen el transcriptoma de las primeras células madre hematopoyéticas funcionales" . Informes de celda . 31 (6): 107627. doi : 10.1016 / j.celrep.2020.107627 . ISSN 2211-1247 . PMC 7225750 . PMID 32402290 .
- ^ a b Sánchez, MJ; Holmes, A .; Miles, C .; Dzierzak, E. (diciembre de 1996). "Caracterización de las primeras células madre hematopoyéticas definitivas en el AGM e hígado del embrión de ratón" . La inmunidad . 5 (6): 513–525. doi : 10.1016 / s1074-7613 (00) 80267-8 . ISSN 1074-7613 . PMID 8986712 .
- ^ Robin, Catherine; Ottersbach, Katrin; Boisset, Jean-Charles; Oziemlak, Aneta; Dzierzak, Elaine (12 de mayo de 2011). "CD41 se regula en el desarrollo y se expresa diferencialmente en células madre hematopoyéticas de ratón" . Sangre . 117 (19): 5088–5091. doi : 10.1182 / sangre-2011-01-329516 . ISSN 1528-0020 . PMC 3109535 . PMID 21415271 .
- ^ Kaimakis, Polynikis; de Pater, Emma; Eich, Christina; Solaimani Kartalaei, Parham; Kauts, Mari-Liis; Vink, Chris S .; van der Linden, Reinier; Jaegle, Martine; Yokomizo, Tomomasa; Meijer, Dies; Dzierzak, Elaine (17 de marzo de 2016). "Caracterización funcional y molecular de progenitores hematopoyéticos independientes de Gata2 de ratón" . Sangre . 127 (11): 1426–1437. doi : 10.1182 / sangre-2015-10-673749 . ISSN 1528-0020 . PMC 4797020 . PMID 26834239 .
- ^ Norte, Trista E .; de Bruijn, Marella FTR; Stacy, Terryl; Talebian, Laleh; Lind, Evan; Robin, Catherine; Binder, Michael; Dzierzak, Elaine; Speck, Nancy A. (mayo de 2002). "La expresión de Runx1 marca las células madre hematopoyéticas de repoblación a largo plazo en el embrión de ratón midgestation" . La inmunidad . 16 (5): 661–672. doi : 10.1016 / s1074-7613 (02) 00296-0 . ISSN 1074-7613 . PMID 12049718 .
- ^ Chen, Michael J .; Yokomizo, Tomomasa; Zeigler, Brandon M .; Dzierzak, Elaine; Speck, Nancy A. (12 de febrero de 2009). "Runx1 es necesario para la transición de células endoteliales a hematopoyéticas, pero no después" . Naturaleza . 457 (7231): 887–891. doi : 10.1038 / nature07619 . ISSN 1476-4687 . PMC 2744041 . PMID 19129762 .
- ^ Kumano, Keiki; Chiba, Shigeru; Kunisato, Atsushi; Sata, Masataka; Saito, Toshiki; Nakagami-Yamaguchi, Etsuko; Yamaguchi, Tomoyuki; Masuda, Shigeo; Shimizu, Kiyoshi; Takahashi, Tokiharu; Ogawa, Seishi (mayo de 2003). "Notch1 pero no Notch2 es esencial para generar células madre hematopoyéticas a partir de células endoteliales" . La inmunidad . 18 (5): 699–711. doi : 10.1016 / s1074-7613 (03) 00117-1 . ISSN 1074-7613 . PMID 12753746 .
- ^ Crisan, Mihaela; Kartalaei, Parham Solaimani; Vink, Chris S .; Yamada-Inagawa, Tomoko; Bollerot, Karine; van IJcken, Wilfred; van der Linden, Reinier; de Sousa Lopes, Susana M. Chuva; Monteiro, Rui; Mummery, Christine; Dzierzak, Elaine (29 de octubre de 2015). "Corrección: señalización de BMP regula diferencialmente distintos tipos de células madre hematopoyéticas" . Comunicaciones de la naturaleza . 6 : 8793. doi : 10.1038 / ncomms9793 . ISSN 2041-1723 . PMC 7188459 . PMID 26510935 .
- ^ Peeters M, Ottersbach K, Bollerot K, Orelio C, de Bruijn M, Wijgerde M, Dzierzak E (agosto de 2009). "Los tejidos embrionarios ventrales y las proteínas Hedgehog inducen el desarrollo temprano de células madre hematopoyéticas AGM" . Desarrollo . 136 (15): 2613-21. doi : 10.1242 / dev.034728 . PMC 2709067 . PMID 19570846 .
- ^ a b Dzierzak, Elaine; Speck, Nancy A. (febrero de 2008). "De linaje y legado: el desarrollo de células madre hematopoyéticas de mamíferos" . Inmunología de la naturaleza . 9 (2): 129-136. doi : 10.1038 / ni1560 . ISSN 1529-2916 . PMC 2696344 . PMID 18204427 .
- ^ Orkin, Stuart H .; Zon, Leonard I. (22 de febrero de 2008). "Hematopoyesis: un paradigma en evolución para la biología de células madre" . Celular . 132 (4): 631–644. doi : 10.1016 / j.cell.2008.01.025 . ISSN 1097-4172 . PMC 2628169 . PMID 18295580 .
- ^ Kumaravelu P, Hook L, Morrison AM, Ure J, Zhao S, Zuyev S, Ansell J, Medvinsky A (noviembre de 2002). "Anatomía del desarrollo cuantitativo de células madre hematopoyéticas definitivas / unidades de repoblación a largo plazo (HSC / RU): papel de la región aorta-gónada-mesonefros (AGM) y el saco vitelino en la colonización del hígado embrionario de ratón". Desarrollo . 129 (21): 4891–9. doi : 10.1242 / dev.129.21.4891 . PMID 12397098 .
- ^ a b Medvinsky AL, Dzierzak EA (1998). "Desarrollo de la jerarquía hematopoyética definitiva en el ratón". Dev. Comp. Immunol . 22 (3): 289-301. doi : 10.1016 / S0145-305X (98) 00007-X . PMID 9700459 .
- ^ Ciau-Uitz A, Walmsley M, Paciente R (septiembre de 2000). "Orígenes distintos de sangre adulta y embrionaria en Xenopus". Celular . 102 (6): 787–96. doi : 10.1016 / S0092-8674 (00) 00067-2 . PMID 11030622 . S2CID 1605911 .