Artyku³ przegl¹dowy Review
Wiêkszoæ z 300 bilionów komórek naszego cia³a pe³ni bardzo wyspecjalizowane funkcje i nie s¹ one w stanie wykonywaæ niczego innego ni¿ zadanie, do którego zosta³y zaprogramowane. Wzglêdnie niewiel-ka liczba komórek niezró¿nicowanych, posiadaj¹cych mo¿liwoæ rozwoju w dowolny typ komórek orga-nizmu i maj¹cych zdolnoæ do ci¹g³ej proliferacji, to komórki macierzyste.
Komórki macierzyste w zale¿noci od ich zacho-wania klasyfikuje siê jako komórki totipotencjalne, komórki pluripotencjalne oraz komórki multipotencja-ne. Komórki totipotencjalne maj¹ zdolnoæ ró¿nico-wania siê w dowoln¹ komórkê organizmu i dowoln¹ komórkê b³on pozazarodkowych (np. ³o¿yska). Jedy-nymi komórkami totipotencjalJedy-nymi s¹: zap³odniona komórka jajowa oraz kilka pierwszych komórek roz-wijaj¹cego siê embrionu. Komórki pluripotencjalne maj¹ zdolnoæ do przeobra¿enia siê w dowoln¹ ko-mórkê organizmu, ale nie w ka¿d¹ koko-mórkê b³on po-zazarodkowych. Wród nich wyró¿nia siê: embrional-ne komórki macierzyste, embrionalembrional-ne komórki
rozrod-cze oraz embrionalme komórki nowotworowe. Komór-ki multipotencjalne maj¹ zdolnoæ ró¿nicowania siê w ograniczon¹ liczbê komórek organizmu, izolowane s¹ ze wszystkich tkanek doros³ego organizmu.
Inny podzia³ komórek macierzystych opiera siê na ich pochodzeniu i tak wyró¿nia siê komórki macie-rzyste embrionalne oraz komórki maciemacie-rzyste doros³e-go organizmu. Komórki macierzyste embrionalne po-chodz¹ z zarodka bêd¹cego na etapie rozwoju poprze-dzaj¹cym implancjê. Tworz¹ce go komórki (blastome-ry) s¹ niezró¿nicowane, mog¹ rozwin¹æ siê w dowol-n¹ komórkê organizmu i ani wygl¹dem, ani zachowa-niem nie przypominaj¹ komórek wyspecjalizowanych. Pierwsze ró¿nicowanie w zarodku cz³owieka zacho-dzi oko³o pi¹tego dnia rozwoju, kiedy powierzchow-na warstwa komórek odizolowuje siê od komórek wewnêtrznej masy, aby staæ siê czêci¹ ³o¿yska. Ko-mórki wewnêtrznej masy maj¹ zdolnoæ wytwarzania ka¿dej komórki ludzkiego organizmu, a usuniête z za-rodka i hodowane w odpowiednich warunkach mog¹ dzieliæ siê nieskoñczenie, zachowuj¹c sw¹
pluripoten-Morfologiczne i molekularne wskaniki komórek
macierzystych i progenitorowych w gruczole sutkowym
OLGA KOLEK, BARBARA GAJKOWSKA, TOMASZ MOTYL
Katedra Nauk Fizjologicznych Wydzia³u Medycyny Weterynaryjnej SGGW, ul. Nowoursynowska 166, 02-787 Warszawa Zak³ad Ultrastruktury Komórki Instytutu Medycyny Dowiadczalnej i Klinicznej PAN, ul. Pawiñskiego 5, 02-106 Warszawa
Kolek O., Gajkowska B., Motyl T.
Morphological and molecular markers of stem and progenitor cells in the mammary gland
Summary
The mammary gland is a dynamic organ that undergoes profound remodeling dependent on proliferation, differentiation, and apoptosis of mammary epithelial cells (MEC) during the cycle of the pregnancy, lactation, and involution. Long-lived populations of stem cells, which have a unique capacity for self-renewal, are responsible for these developmental changes. There is an increasing body of discoveries regarding human and mouse mammary gland stem cells, but the studies on bovine mammary gland stem cells are still very limited. According to morphological criteria bovine MEC are classified into two types: undifferentiated type I stem/progenitor cells assembling small light cells (SLC) and large light cells (LLC), and type II partially differentiated large dark cells (LDC) and terminally differentiated cells. To date there are no identified reliable molecular markers of stem/progenitor cells in bovine mammary glands. The main candidates are membrane transporting proteins of the Adenosine Binding Cassette (ABC) family, including Multi-drug--resistance protein 1 (Mdr1) and Breast cancer resistance protein 1 (Bcrp1). These proteins allow for the isolation of side populations (SP) of MEC assembling stem/progenitor cells by exclusion of dyes. Cytometric analysis of SP revealed from 0.2% to 5% of MEC in human and mouse mammary glands. The knowledge on the number and molecular properties of stem cells in bovine mammary glands would be very useful not only for enhancing milk production but also for explanation of the natural resistance against mammary cancer in this species.
cjalnoæ. To w³anie te komórki nazywamy embrio-nalnymi komórkami macierzystymi.
Pierwsze doniesienia o otrzymaniu embrionalnych komórek macierzystych myszy ukaza³y siê w 1981 r. (11, 23), natomiast komórek macierzystych cz³owie-ka dopiero w 1998 r. (30). Ludzkie embrionalne ko-mórki macierzyste mog¹ znaleæ zastosowanie przy badaniu procesu ró¿nicowania i funkcjonowania tka-nek, w tym tak¿e przyczyn bezp³odnoci, poronieñ czy wad wrodzonych; mog¹ stanowiæ materia³ przy testo-waniu leków, przyczyniaj¹c siê do zwiêkszenia ich bezpieczeñstwa i efektywnoci; ponadto mog¹ byæ nie-ograniczonym ród³em tkanek wykorzystywanych do przeszczepów w ramach leczenia szerokiego zakresu chorób zwyrodnieniowych, takich jak cukrzyca czy choroba Parkinsona (13).
Jak dot¹d bardzo ma³o wiadomo jest, jakie czynni-ki decyduj¹ o tym, ¿e jedne z embrionalnych komórek macierzystych s¹ pluripotencjalne, a inne s¹ bardziej ograniczone w swoich mo¿liwociach rozwoju. Jed-nym z takich czynników jest czynnik transkrypcyjny Oct4, który u¿ywany jest jako marker embrionalnych komórek macierzystych. Jego ekspresja musi byæ utrzy-mana na wy¿szym od krytycznego poziomie, aby ko-mórki pluripotencjalne pozosta³y niezró¿nicowane. Samo jednak bia³ko Oct4 jest niewystarczaj¹ce dla utrzymania embrionalnych komórek macierzystych w stanie niezró¿nicowania. Innym czynnikiem trans-krypcyjnym, istotnym dla zachowania pluripotencjo-nalnoci embrionalnych komórek macierzystych my-szy, jest Nanog, którego ekspresja gwa³townie obni¿a siê w czasie ró¿nicowania siê komórek. Nanog jest równie¿ ekspresjonowany przez embrionalne komór-ki macierzyste cz³owieka, aczkolwiek na znacznie ni¿-szym poziomie w porównaniu do Oct4, a jego rola nie zosta³a jeszcze okrelona. Warto zaznaczyæ, ¿e mysie i ludzkie embrionalne komórki macierzyste wydaj¹ siê znacznie ró¿niæ od siebie pod wzglêdem czynników determinuj¹cych ich samoodnawialnoæ i mo¿liwoci rozwoju. Na przyk³ad bia³ka BMP (Bone Morpho-genic Proteins) razem z cytokin¹ LIF (Leukemia Inhi-bitory Factor) promuj¹ samoodnawialnoæ komórek macierzystych mysich, ale w przypadku komórek ma-cierzystych ludzkich wywo³uj¹ gwa³towne ich ró¿ni-cowanie.
Poszukiwanie komórek macierzystych doros³ego organizmu rozpoczê³o siê po bombardowaniu Hiro-shimy i Nagasaki w 1945 r. Obserwowano wówczas, i¿ ni¿sze dawki promieniowania powodowa³y zejcia miertelne po d³u¿szym czasie na skutek upoledze-nia funkcji uk³adu hematopoetycznego, natomiast wy¿sze dawki promieniowania wywo³ywa³y zejcia miertelne po krótszym czasie na skutek dysfunkcji nie tylko uk³adu hematopoetycznego, ale równie¿ uk³a-du pokarmowego. Póniej wykazano, i¿ myszy pod-dane napromieniowaniu ca³ego cia³a wykazywa³y iden-tyczne do ludzi objawy napromieniowania. Co wa¿-ne, zaobserwowano równie¿, i¿ zabezpieczenie przed
promieniowaniem pojedynczej koci lub ledziony chro-ni³o przed objawami napromieniowania. Wkrótce po-tem wykazano, i¿ mysz poddana napromieniowaniu ca³ego cia³a mo¿e zostaæ uchroniona przed upoledze-niem funkcji uk³adu hematopoetycznego i mierci¹, poprzez iniekcjê zawiesiny komórek pochodz¹cych z narz¹dów krwiotwórczych, np. szpiku kostnego. W 1956 r. trzy laboratoria wykaza³y, ¿e to wstrzyk-niête komórki szpiku kostnego dawcy, a nie czynniki naprawcze biorcy, odpowiedzialne s¹ za odbudowê uk³adu krwiotwórczego (14, 15, 26).
Istnienie komórek macierzystych gruczo³u sutkowe-go zosta³o udowodnione prawie 50 lat temu, kiedy DeOmé i wsp. (6) po raz pierwszy zaobserwowali, i¿ fragmenty tkanki nab³onkowej pobrane z dowolnego regionu gruczo³u sutkowego myszy dawcy, przeszcze-pione do poduszeczek t³uszczowych myszy biorcy, pozbawionej jej w³asnej tkanki nab³onkowej, roz-wijaj¹ siê w normalny, zawieraj¹cy przewody, pêche-rzyki i komórki miêniowonab³onkowe, gruczo³ sut-kowy. Kolejne dowiadczenia z u¿yciem techniki przeszczepiania wykaza³y, i¿ komórki macierzyste s¹ obecne w gruczole sutkowym na ka¿dym etapie jego rozwoju i przez ca³¹ d³ugoæ ¿ycia myszy (27). Na-stêpnie, Kordon i Smith (20) przy u¿yciu komórek na-b³onka gruczo³u sutkowego znakowanych wirusem MMTV (Mouse Mammary Tumor Virus) potwierdzili zdolnoæ pojedynczej komórki macierzystej do wytwo-rzenia kompletnego, funkcjonalnego gruczo³u sutko-wego po przeszczepieniu do beznab³onkowych podu-szeczek t³uszczowych myszy biorcy.
Analiza cytologiczna gruczo³u sutkowego myszy wykaza³a, i¿ wród komórek nab³onkowych obecne s¹ morfologicznie odmienne od nich, bardzo nielicz-ne komórki, których zachowanie in vivo i in vitro su-geruje, ¿e mog¹ one reprezentowaæ populacjê komó-rek macierzystych (27). Komórki te s¹ ma³e i okr¹g³e, z du¿ym, okr¹g³ym j¹drem komórkowym i w¹sk¹, jas-n¹ cytoplazm¹. Nie s¹ to jednak limfocyty, jak wcze-niej uwa¿ano, bowiem obecnoæ po³¹czeñ typu gap junction z s¹siednimi komórkami nab³onkowymi, po-twierdza ich nab³onkowe pochodzenie. Obecnoæ tych jasno barwi¹cych siê komórek zosta³a wykazana w gruczole sutkowym wszystkich przebadanych ga-tunków: cz³owiek (12), mysz (27), szczur (5), koza (22), owca (9), byd³o (10). Odró¿nienie komórki ma-cierzystej od komórki progenitorowej jest bardzo trud-ne, bowiem morfologicznie s¹ one identyczne. Zarów-no komórka macierzysta, jak i progenitorowa to ko-mórki ma³e i jasne (Small Light Cells SLC) (17). Komórki SLC charakteryzuje wysoki stosunek j¹dra komórkowego do cytoplazmy oraz ograniczona iloæ lub ca³kowity brak organelli komórkowych, np. mito-chondriów i mikrofilamentów. Mikrofilamenty kon-troluj¹ ruch komórki i zmiany jej kszta³tu. Ich brak w komórkach SLC mo¿e byæ przyczyn¹ du¿ej ró¿no-rodnoci ich kszta³tu. Wraz z postêpowaniem procesu ró¿nicowania zwiêksza siê iloæ organelli
komórko-wych w komórkach gruczo³u sutkowego, np. stopnio-wo zwiêksza siê liczba mitochondriów. Przypuszcza siê, ¿e jest to zwi¹zane ze zwiêkszaj¹cym siê
zapo-trzebowaniem komórki nab³onkowej na energiê, wy-korzystywan¹ do produkcji i sekrecji mleka. Innymi organellami, które pojawiaj¹ siê w dojrzewaj¹cej ko-mórce nab³onkowej s¹: filamenty oko³oj¹drowe, wol-ne rybosomy, szorstka siateczka ródplazmatyczna, aparat Golgiego i ziarnistoci wydzielnicze.
Komórki gruczo³u sutkowego znajduj¹ce siê na ró¿-nych etapach ró¿nicowania siê, maj¹ ró¿n¹ zdolnoæ do pobierania barwnika. Komórki macierzyste i pro-genitorowe pierwotne maj¹ ograniczon¹ zdolnoæ do poch³aniania barwników komórkowych i st¹d w obra-zie mikroskopowym s¹ to komórki ma³e i jasne (Small Light Cells). W miarê postêpowania procesu ró¿nico-wania siê komórek, nabieraj¹ one coraz wiêkszej zdol-noci do pobierania barwnika, przez co w obrazie mi-kroskopowym s¹ coraz ciemniejsze.
Bior¹c pod uwagê cechy morfologiczne, zapropo-nowano dwie pokrywaj¹ce siê klasyfikacje komórek gruczo³u sutkowego. Komórki macierzyste i komórki progenitorowe cz³owieka i myszy zosta³y podzielone na typ I i typ II (19), natomiast byd³a i innych gryzoni na komórki ma³e i du¿e (3, 5). Obserwacje komórek macierzystych i progenitorowych gruczo³u sutkowe-go myszy, cz³owieka i byd³a w mikroskopie wietl-nym i elektronowym wykaza³y du¿e podobieñstwa Ryc. 2. Komórka macierzysta (SLC) otoczona komórkami s¹siaduj¹cymi posiadaj¹cymi b³ony podstawne (BM). Pomiê-dzy komórkami widoczne s¹ punktowe gap junction (strza³ki pe³ne).
Bar = 500 nm Ryc. 1. Zdjêcie mikroskopowo-elektronowe przedstawiaj¹ce
2 typy komórek na ró¿nym etapie ró¿nicowania siê, znajdu-j¹ce siê w niszy tkanki gruczo³u mlekowego ja³ówki.
Typ I reprezentuje niezró¿nicowan¹ ma³¹ komórkê kszta³tu ameboidalnego, o elektronowo jasnej, sk¹pej, homogennej cytoplazmie niezawieraj¹cej organelli, z du¿ym proporcjo-nalnie do iloci cytoplazmy j¹drem komórkowym o zagêsz-czonej heterochromatynie i jasnej nukleoplazmie (SLC). S¹ to tak¿e trzy du¿e komórki o kszta³cie nieregularnym, czêsto owalnym lub dyniowatym, o elektronowo-jasnej cytoplaz-mie, zawieraj¹cej w zale¿noci od stopnia zró¿nicowania zmienn¹ iloæ RER, mitochondriów, ró¿nie wykszta³cony apa-rat Golgiego, drobne krople lipidowe, ziarnistoci sekrecyjne i w³ókienka cytoszkieletu komórkowego. Owalne, du¿e j¹dra tych komórek charakteryzuj¹ siê obfit¹ heterochromatyn¹ lub s¹ jej prawie pozbawione oraz posiadaj¹ jasn¹ nukleoplazmê (LLC).
Typ II reprezentuje fragment zró¿nicowanej komórki o kszta³-cie nieregularnym z kszta³-ciemn¹ cytoplazm¹ zawieraj¹c¹ wiele organelli. J¹dro tej komórki posiada ciemn¹ nukleoplazmê i mocno zagêszczon¹ chromatynê j¹drow¹ (LDC). Na zdjêciu widoczne s¹ tak¿e dwie komórki mioepitelialne (MYO) oto-czone b³on¹ podstawn¹ (BM), buduj¹ce niszê dla SLC, LLC i LDC.
Komórki typu I nie posiadaj¹ b³ony podstawnej, a pomiêdzy sob¹ i komórkami s¹siaduj¹cymi tworz¹ punktowe (strza³ki pe³ne) i odcinkowe (strza³ki puste) po³¹czenia typu gap junc-tion, za komórki s¹siaduj¹ce znajduj¹ce siê pomiêdzy ko-mórkami macierzystymi tworz¹ miêdzy sob¹ po³¹czenia typu tight junction (g³ówka strza³ki).
pomiêdzy komórkami tych trzech gatunków. Komór-ki typu I to niezró¿nicowane komórKomór-ki SLC i niezró¿-nicowane komórki LLC (komórki du¿e jasne Large Light Cells). Niezró¿nicowane komórki SLC to zarów-no komórki macierzyste, jak i progenitorowe, które morfologicznie s¹ nie do odró¿nienia. Komórki typu II s¹ to komórki du¿e redniobarwi¹ce siê i wród nich wyró¿nia siê zró¿nicowane komórki LDC (komórki du¿e ciemne Large Dark Cells) oraz komórki osta-tecznie zró¿nicowane. Komórki typu I, w tym komór-ki SLC, stanowi¹ niewielkomór-ki procent populacji komó-rek w gruczole sutkowym, co odzwierciedla niewielki procent komórek macierzystych w innych narz¹dach. Na ryc. 1-4 przedstawiono zdjêcia z transmisyjnego mikroskopu elektronowego obrazuj¹ce typy komórek macierzystych i progenitorowych oraz ich specyficz-nie morfologiczne cechy w tkance gruczo³u mlekowe-go ja³ówki.
Pomimo i¿ od dawna znane s¹ markery molekular-ne dla komórek zró¿nicowanych, to jak dot¹d ziden-tyfikowano tylko kilka markerów dla komórek macie-rzystych. Przyczyn¹ takiego stanu mo¿e byæ fakt, i¿ komórki macierzyste, które s¹ niezró¿nicowane, nie posiadaj¹ odpowiedniej maszynerii dla produkcji i ekspozycji markerów powierzchniowych
charakte-rystycznych dla komórek zró¿nicowanych. Ponadto, nie jest znany ¿aden marker, który by³by uniwersalny dla wszystkich komórek macierzystych.
Jednym ze sposobów odró¿nienia komórek macie-rzystych od komórek zró¿nicowanych jest obecnoæ lub brak po³¹czeñ cis³ych (17). Po³¹czenia te funk-cjonuj¹ jako miêdzykomórkowe kana³y pomiêdzy s¹-siednimi komórkami, umo¿liwiaj¹ce przep³yw ma³ych cz¹steczek. Rola po³¹czeñ cis³ych w gruczole sutko-wym nie jest znana, wiadomo natomiast, ¿e s¹ one bardzo istotne w procesie embriogenezy, ró¿nicowa-nia siê komórek i monitorowaró¿nicowa-nia odpowiedzi tkanko-wej, jak równie¿ kontroluj¹ podzia³y komórkowe. Komórki gruczo³u sutkowego cz³owieka, które w wiêk-szoci s¹ komórkami ostatecznie zró¿nicowanymi, wykazuj¹ ekspresjê koneksyn: Cx26 i Cx43 (21). Eks-presji Cx43 nie wykazano, natomiast, w komórkach macierzystych cz³owieka pochodz¹cych z gruczo³u sutkowego (18), nerki (2), rogówki (25), mózgu (8), skóry (24), trzustki (28), jak równie¿ w komórkach macierzystych gruczo³u mlekowego byd³a (17). Wy-daje siê bardzo ma³o prawdopodobne, aby komórki macierzyste wytwarza³y inne koneksyny. Wszystkie, jak dot¹d przebadane, komórki macierzyste nie wyka-zuj¹ cech kontaktu miêdzykomórkowego, natomiast Ryc. 4. Nisza skupiaj¹ca ró¿ne typy komórek macierzystych/ progenitorowych: SLC, LLC oraz LDC z charakterystycz-nym brakiem b³ony podstawnej i obecnoci¹ gap junction pomiêdzy komórkami.
Bar = 2 µm Ryc. 3. Komórka typu LLC; widoczne jej po³¹czenia typu
gap junction na d³ugich odcinkach b³ony komórkowej z ko-mórkami s¹siaduj¹cymi (strza³ki puste).
komórki zró¿nicowane posiadaj¹ po³¹czenia cis³e i kontaktuj¹ siê miêdzy sob¹.
W przypadku komórek macierzystych i progenito-rowych gruczo³u sutkowego brak jest znanych specy-ficznych molekularnych markerów. Dlatego dla iden-tyfikacji i izolacji komórek macierzystych z gruczo³u sutkowego u¿ywa siê markerów dla komórek macie-rzystych innych tkanek, takich jak tkanka: hemato-poetyczna, nerwowa, naskórkowa i innych. Jak dot¹d, wiêkszoæ badañ zosta³a przeprowadzona na komór-kach pochodz¹cych z gruczo³u sutkowego myszy, nie ma natomiast doniesieñ literaturowych dotycz¹cych komórek macierzystych pochodz¹cych z gruczo³u mle-kowego byd³a.
W 1996 r. Goodell i wsp. (16) zaobserwowali, i¿ przy wykorzystaniu podwójnej emisji barwnika Hoechst 33342 wszystkie komórki mysiego szpiku kostnego dzieli³y siê na populacje komórek o specy-ficznych profilach barwienia. Jedn¹ z tych populacji, z racji jej wyranego wyodrêbnienia od reszty komó-rek, nazwano side population (SP). Komórki SP wy-kazuj¹ zdolnoæ do zasiedlenia i odnowienia szpiku kostnego po transplantacji do myszy poddanych pro-mieniowaniu jonizuj¹cemu, co dowodzi, i¿ s¹ to he-matopoetyczne komórki macierzyste. Wyodrêbnienie SP zachodzi dziêki bia³kom z rodziny b³onowych bia-³ek transportuj¹cych wi¹¿¹cych adenozynê (Adenosi-ne Binding Cassette ABC), do których nale¿y Mdr1 (Multi-drug-resistance protein 1). Bia³ka te aktywnie wypompowuj¹ substancje toksyczne, miêdzy innymi barwnik Hoechst z komórki, a komórki zawieraj¹ce najmniejsz¹ iloæ barwnika, czyli charakteryzuj¹ce siê zwiêkszon¹ ekspresj¹ bia³ek transportuj¹cych, tworz¹ SP. W przypadku potraktowania mysich komórek he-matopoetycznych Verapamilem, który jest inhibitorem ww. bia³ek transportuj¹cych, SP nie wyodrêbnia³a siê (16). Badania myszy deficytowych w bia³ko Mdr1 wykaza³y, i¿ w komórkach obecne s¹ inne bia³ka trans-portuj¹ce, zaanga¿owane w wypompowywanie barw-ników z komórki. Do bia³ek tych nale¿y inny cz³onek rodziny ABC, Bcrp1 (Breast cancer resistance prote-in-1). Bia³ko Bcrp1 po raz pierwszy zosta³o zidentyfi-kowane w komórkach nowotworu piersi opornych na dzia³anie inhibitorów topoizomerazy DNA. Mo¿liwe jest, ¿e mechanizmy zaanga¿owane w wypompowy-wanie toksycznych substancji z komórki oraz bia³ka bior¹ce udzia³ w tym procesie, s¹ odpowiedzialne za opornoæ wielu nowotworów na chemioterapiê.
Komórki o cechach komórek SP wyodrêbniono tak-¿e w mysim i ludzkim gruczole sutkowym (1, 5). Side population w ludzkim gruczole waha siê od 0,2% do 5% ca³ej populacji komórek nab³onkowych i tworz¹ j¹ komórki wykazuj¹ce ekspresjê takich markerów komórek macierzystych, jak: p21, cytokeratyna 19 i Msi1, ludzki homolog bia³ka Musashi muszki owo-cówki. Msi1 jest to bia³ko przy³¹czaj¹ce siê do RNA, bior¹ce udzia³ w cie¿ce sygna³owej Delta/Notch, która w³¹czana jest w czasie podzia³u asymetrycznego
ko-mórek macierzystych (4). Side population w mysim gruczole sutkowym stanowi oko³o 2-3% lub 0,5% ca-³ej populacji komórek nab³onkowych i tworz¹ j¹ ko-mórki wykazuj¹ce ekspresjê Sca1. Pomimo toksycz-noci barwnika Hoechst dla komórek, wyizolowane z jego u¿yciem komórki SP po transplantacji do poz-bawionych tkanki nab³onkowej poduszeczek t³uszczo-wych myszy biorcy, odtworzy³y struktury przewodów i pêcherzyków gruczo³owych (1).
Pierwsze badania profilu ekspresji genów w komór-kach macierzystych, zosta³y przeprowadzone na ko-mórkach tkanki nerwowej, rosn¹cych w tzw. neuro-sferach (neurospheres) (29). W neuroneuro-sferach obserwuje siê oko³o 4%-20% komórek macierzystych, a pozo-sta³¹ czêæ populacji stanowi¹ komórki progenitoro-we na ró¿nych etapach ró¿nicowania. Dotychczas, ukaza³a siê tylko jedna praca dotycz¹ca badañ profilu transkryptomicznego w komórkach macierzystych gru-czo³u sutkowego cz³owieka (7). W badaniach tych wykorzystano analogiczn¹ do neurosfer, metodê ho-dowli komórek gruczo³u sutkowego w tzw. mammos-ferach nieadhezyjnych (nonadherent mammospheres). Mammospery tworzone by³y g³ównie poprzez komór-ki macierzyste i progenitorowe, i pos³u¿y³y do porów-nania transkryptomu ww. komórek z transkryptomem komórek zró¿nicowanych rosn¹cych na kolagenie. W przeprowadzonych badaniach zidentyfikowano geny podlegaj¹ce ekspresji jedynie w komórkach mam-mosfer, które w kolejnych badaniach mog¹ byæ wyko-rzystane jako markery komórek macierzystych i pro-genitorowych. Nale¿¹ do nich: geny odpowiedzialne za utrzymywanie stanu niezró¿nicowania w embrio-nalnych komórkach macierzystych IL6 i gp 130 czy geny odpowiedzialne za regulacjê procesu samoodno-wy komórek macierzystych bia³ka cie¿ki Wnt/Frizz-led. Ponadto, zaobserwowano nienormaln¹ ekspresjê wielu genów zwi¹zanych z nowotworem piersi lub innymi typami nowotworów, co sugerowa³oby, i¿ za-burzenia regulacji ró¿nicowania komórek macierzy-stych i progenitorowych mog¹ byæ zaanga¿owane w proces nowotworzenia. Zidentyfikowane zosta³y tak-¿e geny wykazuj¹ce ekspresjê jedynie w komórkach zró¿nicowanych, które w przysz³oci mog¹ byæ wy-korzystane jako negatywne markery komórek macie-rzystych, np. mammaglobina 1 i 2, WISP3, moleku³y adhezyjne, bia³ka po³¹czeñ cis³ych czy metaloprote-inazy. Potwierdzono tak¿e znane z wczeniejszych doniesieñ zaanga¿owanie genów takich, jak: TGFa, HGF czy bia³ka z rodziny Wnt i Notch w rozwój gru-czo³u sutkowego. Jak dot¹d, brak jest doniesieñ litera-turowych dotycz¹cych transkryptomicznej charaktery-styki komórek macierzystych i progenitorowych gru-czo³u mlekowego byd³a.
Badania nad komórkami macierzystymi w gruczole sutkowym cz³owieka i myszy rozwijaj¹ siê bardzo dynamicznie, jednak¿e w przypadku byd³a badania te s¹ dopiero na etapie pocz¹tkowym. Maj¹c na uwadze mo¿liwoæ wykorzystania wiedzy w zakresie rozwoju
komórki nab³onka gruczo³u mlekowego byd³a, dla opracowania strategii zwiêkszenia wydajnoci byd³a mlecznego, celowe wydaje siê podjêcie badañ zmie-rzaj¹cych do identyfikacji profilu ekspresyjnego ge-nów odpowiedzialnych za ró¿nicowanie od komórki macierzystej do komórki syntetyzuj¹cej sk³adniki mle-ka. Ponadto, znajomoæ transkryptomu komórek ma-cierzystych i progenitorowych w gruczole mlekowym byd³a, gatunku, u którego nowotwory tego¿ narz¹du nie wystêpuj¹, mog³aby byæ znacz¹ca dla zrozumie-nia etiologii i podstaw rozwoju nowotworów gruczo-³u sutkowego u tych gatunków ssaków, u których czês-totliwoæ ich wystêpowania jest najwiêksza, tj. u cz³o-wieka i psa.
Pimiennictwo
1.Alvi A. J., Clayton H., Joshi C., Envert T., Ashworth A., Vivanco M. M., Dale T. C., Smalley M. J.: Functional and molecular characterization of mammary side population cells. Breast Cancer Res. 2003, 5, 1-8.
2.Chang C. C., Trosko J. E., El-Fouhy M. H., Gibson-DAmbrosio R. E., DAmbrosio S. M.: Contact insensitivity of a subpopulation of normal human fetal kidney epithelial cells and of human carcinoma cell lines. Cancer Res. 1987, 47, 1634-1645.
3.Chepko G., Dickson R. B.: Ultrastructure of the putative stem cell niche in the rat mammary epithelium. Tissue Cell 2003, 35, 83-93.
4.Clarke R. B., Anderson E., Howell A., Potten C. S.: Regulation of human breast epithelial stem cells. Cell Prolif. 2003, 36, 45-58.
5.Clayton H., Titley I., Vivanco M.: Growth and differerentiation of progeni-tor/stem cells derived from human mammary gland. Exp. Cell. Res. 2004, 297, 444-460.
6.DeOmé K. B., Faulkin L. J. Jr., Bern H. A., Blair P. B.: Development of mammry tumors from hyperplastic alveolar nodules transplanted into gland--free mammry fat pads of female C3H mice. Cancer Res. 1959, 19, 515-520. 7.Dontu G., Abdallah W. M., Foley J. M., Jackson K. W., Clarke M. F., Kawa-mura M. J., Wicha M. S.: In vitro propagation and transcriptional profiling of human mammary stem/progenitor cells. Genes.&Dev. 2003, 17, 1253-1270. 8.Dowling-Warriner C. V., Trosko J. E.: Induction of gap junctional intercellu-lar communication, connexin 43 expression, and subsequent differentiation in human fetal neuronal cells by stimulation of the cyclicAMPpathway. Neu-roscience 2000, 95, 859-868.
9.Ellis S., Edwards F., Akers R. M.: Morphological and histological analysis of the prepubertal ovine mammary gland. J. Dairy Sci. 1995, 78 (Suppl 1), 157. 10.Ellis S., Purup S., Sejrsen K., Akers R. M.: In vitro analysis of pripheral and medial parenchymal zones in prepubertal ruminant mammary glands. J. Dairy Sci. 2000, 83 (Suppl 1), 952-961.
11.Evans M. J., Kaufman M. H.: Establishment in culture of pluripotential cells from mouse embryos. Nature 1981, 292, 154-156.
12.Ferguson D.: Ultrastructural characterization of the proliferative (stem?) cells within the parenchyma of the normal resting breast. Cell Tissue Res. 1985, 252 (Suppl 1), 581-587.
13.Fiszer D., Rozwadowska N., Kurpisz M.: Stem cells from the perspective of clinical applications. Medycyna Wet. 2003, 59, 751-754.
14.Ford C. E., Hamerton J. L., Barnes D. W. H., Loutit J. F.: Cytological iden-tification of radiation-chimaeras. Nature 1956, 177, 452-454.
15.Gengozian N., Urso I. S., Congdon C. C., Conger A. D., Makinodan T.: Thymus specificity in lethally irradiated mice treated with rat bone marrow. Proc. Soc. Exp. Biol. Med. 1957, 96, 714-720.
16.Goodell M. A., Brose K., Paradis G., Conner A. S., Mulligan R. C.: Isolation and functional properties of murine hematopoietic stem cells that replicating in vivo. J. Exp. Med. 1996, 183, 1797-1806.
17.Holland M. S., Tai M.-H., Trosko J. E., Griffin L. D., Stasko J. A., Chevil-le N. C., Holland R. E.: Isolation and differentiation of bovine mammary gland progenitor cell populations. Am. J. Vet. Res. 2003, 64, 396-403. 18.Kao C.-Y., Nomata K., Oakley C. S., Welch C. W., Chang C. C.: Two types of
normal human breast epithelial cells derived from reduction mammoplasty: Phenotypic characterization and response to SV40 transfection. Carcino-genesis 1995, 16, 531-538.
19.Kao C.-Y., Oakley C. S., Welsch C. W., Chang C. C.: Growth requirements and neoplastic transformation of two types of normal breast epithelial cells derived from reduction mammoplasty. In Vitro Cell. Dev. Biol. 1997, 3, 282--288.
prise the progeny from a single cell. Development 1998, 125, 1921-1930. 21.Lee S. W., Tomasetto C., Paul D., Keyomarsi K., Sager R.: Transcriptional
down-regulation of gap junction proteins blocks junctional communication in human mammary tumor cell lines. J. Cell. Biol. 1992, 118, 1213-1221. 22.Li P., Wilde C. J., Finch L. M., Ferning D. G., Rudland P. S.: Identification
of cell types in the developing goat mammary gland. Histochem. J. 1999, 31 (Suppl 1), 379-393.
23.Martin G. R.: Isolation of a pluripotent cell line from early mouse embryos cultured in medium conditioned by teratocarcinoma stem cells. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1981, 78, 7634-7638.
24.Matic M., Evans W. H., Brink P. R., Simon M.: Epidermal cells do not com-municate through gap junctions. J. Invest. Dermatol. 2002, 118, 110-116. 25.Matic M., Petrov I. N., Chen S., Wang C., Dimitrijevch W. M., Wolosin J. M.:
Stem cells of the corneal epithelium lack connexins and metabolite transfer capacity. Differentiation 1997, 61, 251-260.
26.Nowell P. C., Cole L. J., Habermyer J. G., Roan P. L.: Growth and continued function of rat marrow cells in x-irradiated mice. Cancer Res. 1956, 16, 258--261.
27.Smith G. H., Medina D.: A morphologically distinct candidiate for an epithe-lial stem cell in mouse mammary gland. J. Cell. Sci. 1988, 90, 173-183. 28.Tai M. H., Olson L. K., Madhukar B. V., Linning K. D., Van Camp L.,
Tsao M. S., Trosko J. E.: Characterization of gap junctional intercellular communication in immortalized human pancreatic ductal epithelial cells with stem cell characteristics. Pancreas 2003, 26, 18-26.
29.Terskikh A. V., Easterday M. C., Li L., Hood L., Kornblum H. I., Geschwind D. H., Weissman I. L.: From hematopoiesis to neuropoiesis: Evidence of over-lapping genetic programs. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2001, 98, 7934-7939. 30.Thomson J. A., Itskovitz-Eldor J., Shapiro S. S.: Embryonic stem cell lines
derived from human blastocysts. Science 1998, 282, 1145-1147.
Adres autora: prof. dr hab. Tomasz Motyl, ul. Nowoursynowska 166, 02-787 Warszawa; e-mail: tomasz_motyl@sggw.pl
