Sviluppo del sangue
Le cellule staminali ematopoietiche risiedono nel midollo osseo e hanno la capacità unica di differenziarsi in tutti i tipi di cellule del sangue mature.
Obiettivi formativi
Descrivi gli aspetti evolutivi del sangue
Punti chiave
Punti chiave
- Le cellule staminali ematopoietiche (HSC) si auto-rinnovano. Quando proliferano, almeno alcune delle loro cellule figlie rimangono come HSC, quindi il pool di cellule staminali non si esaurisce. Il processo di sviluppo di diverse cellule del sangue da HSCs a cellule mature è chiamato emopoiesi.
- I linfociti sono la pietra angolare del sistema immunitario adattivo. Comunemente noti come globuli bianchi, derivano da progenitori linfoidi comuni. Il lignaggio linfoide è composto principalmente da cellule T e cellule B.
- Gli eritrociti o i globuli rossi sono derivati da progenitori mieloidi comuni. I mielociti, che includono granulociti, megacariociti e macrofagi, derivano da progenitori mieloidi comuni. Sono coinvolti in ruoli così diversi come l’immunità innata, l’immunità adattativa e la coagulazione del sangue.
- Nello sviluppo di embrioni, la formazione del sangue si verifica in aggregati di cellule del sangue nel sacco vitellino chiamato isole del sangue. Mentre lo sviluppo progredisce, la formazione del sangue si verifica nella milza, nel fegato e nei linfonodi. Quando si sviluppa il midollo osseo, assume il compito di formare la maggior parte delle cellule del sangue del corpo.
- Quando una cellula staminale matura, subisce cambiamenti nell’espressione genica che limitano i tipi di cellule che può diventare e la avvicinano a un tipo di cellula specifico.
- La vasculogenesi è la formazione della vascolarizzazione precoce da parte di fattori genetici, originari delle isole del sangue del sacco vitellino embrionale.
- La produzione di globuli rossi e bianchi è regolata con grande precisione negli esseri umani sani. La produzione di granulociti aumenta rapidamente durante l’infezione.
Termini chiave
- isole del sangue: Strutture nell’embrione in via di sviluppo che portano a molte parti diverse del sistema circolatorio.
- hematopoeisis: Un processo biologico in cui nuove cellule del sangue sono formate da cellule staminali ematopoietiche (HSCs) all’interno del midollo. Tutti i componenti del sangue cellulare sono derivati da HSCs.
- emangioblasto: Una cellula mesodermica primitiva che è il precursore delle cellule endoteliali e del sangue.
Le cellule staminali ematopoietiche (HSCs) risiedono nel midollo osseo e hanno la capacità unica di dare origine a tutti i diversi tipi di cellule del sangue mature.
Il ruolo degli HSC
Gli HSC si auto-rinnovano. Quando proliferano, almeno alcune delle loro cellule figlie rimangono come HSC, quindi il pool di cellule staminali non si esaurisce. Le altre figlie di HSCs, cellule progenitrici mieloidi e linfoidi, possono impegnarsi ciascuna in uno qualsiasi dei percorsi alternativi di differenziazione che portano alla produzione di uno o più tipi specifici di cellule del sangue, ma non possono auto-rinnovarsi. Questo è uno dei processi vitali nel corpo. Lo sviluppo di diverse cellule del sangue da HSCs a cellule mature è chiamato emopoiesi.
Hematopoiesis: A comprehensive diagram showing the development of different blood cells from hematopoietic stem cell to mature cells.
Le cellule del sangue sono divise in tre lignaggi:
- Gli eritrociti sono globuli rossi che trasportano ossigeno derivati da progenitori mieloidi comuni.
- I linfociti sono la pietra angolare del sistema immunitario adattivo. Comunemente noti come globuli bianchi, sono derivati da progenitori linfoidi comuni. Il lignaggio linfoide è composto principalmente da cellule T e cellule B.
- I mielociti, che includono granulociti, megacariociti e macrofagi, derivano da progenitori mieloidi comuni e sono coinvolti in ruoli così diversi come l’immunità innata, l’immunità adattativa e la coagulazione del sangue.
Posizioni
Nello sviluppo di embrioni, la formazione del sangue si verifica in aggregati di cellule del sangue nel sacco vitellino, chiamati isole del sangue. Mentre lo sviluppo progredisce, la formazione del sangue si verifica nella milza, nel fegato e nei linfonodi. Quando il midollo osseo si sviluppa, alla fine assume il compito di formare la maggior parte delle cellule del sangue per l’intero organismo. Tuttavia, la maturazione, l’attivazione e una certa proliferazione delle cellule linfoidi si verifica negli organi linfoidi secondari, come la milza, il timo e i linfonodi. Nei bambini, l’emopoiesi si verifica nel midollo delle ossa lunghe, come il femore e la tibia. Negli adulti, si verifica principalmente nel bacino, nel cranio, nelle vertebre e nello sterno.
Maturazione
Quando una cellula staminale matura, subisce cambiamenti nell’espressione genica che limitano i tipi di cellule che può diventare e la avvicinano a un tipo di cellula specifico. Questi cambiamenti possono spesso essere monitorati monitorando la presenza di proteine sulla superficie della cellula. Ogni modifica successiva avvicina la cella al tipo di cella finale e limita ulteriormente il suo potenziale per diventare un tipo di cella diverso.
Determinazione
La determinazione delle cellule sembra essere dettata dalla posizione della differenziazione. Ad esempio, il timo fornisce un ambiente ideale per i timociti per differenziarsi in una varietà di cellule T funzionali. Per le cellule staminali e altre cellule del sangue indifferenziate nel midollo osseo, le cellule del sangue sono determinate a specifici tipi di cellule a caso. Il microambiente ematopoietico prevale su alcune delle cellule per sopravvivere e alcune per eseguire l’apoptosi e morire. Regolando questo equilibrio tra i tipi di cellule, il midollo osseo può alterare la quantità di cellule diverse da produrre.
Fattore di crescita ematopoietico
La produzione di globuli rossi e bianchi è regolata con grande precisione negli esseri umani sani e la produzione di granulociti aumenta rapidamente durante l’infezione. I fattori stimolanti le colonie (CSF) sono glicoproteine secrete che si legano alle proteine del recettore sulle superfici delle cellule staminali ematopoietiche, attivando così le vie di segnalazione intracellulari che possono causare la proliferazione e la differenziazione delle cellule in un tipo specifico di cellula del sangue.
L’eritropoietina è necessaria affinché una cellula progenitrice mieloide diventi un eritrocita. D’altra parte, la trombopoietina fa differenziare le cellule progenitrici mieloidi ai megacariociti, che producono piastrine.
Sviluppo della vascolarizzazione
Lo sviluppo del sistema circolatorio avviene inizialmente mediante il processo di vasculogenesi. La vasculogenesi è la formazione di vascolarizzazione precoce, stabilita da fattori genetici. Le isole di sangue si formano nel sacco vitellino di un embrione mediante differenziazione cellulare degli emangioblasti in cellule endoteliali. Successivamente, il plesso capillare si forma mentre le cellule endoteliali migrano verso l’esterno dalle isole del sangue e formano una rete casuale di fili continui. Questi fili poi subiscono un processo chiamato lumenization, il riarrangiamento spontaneo delle cellule endoteliali da un cavo solido in un tubo cavo. I sistemi arteriosi e venosi umani si sviluppano da diverse aree embrionali. Mentre il sistema arterioso si sviluppa principalmente dagli archi aortici, il sistema venoso nasce da tre vene bilaterali durante le settimane 4-8 dello sviluppo umano.
Fasi dello sviluppo vascolare: la crescente vascolarizzazione nell’embrione è evidenziata in arancione.
L’angiogenesi contribuisce anche alla complessità della rete iniziale; le gemme endoteliali si formano mediante un processo simile all’estrusione richiesto dall’espressione del fattore di crescita endoteliale vascolare (VEGF). Queste gemme endoteliali si allontanano dalla nave madre per formare navi figlie più piccole che raggiungono un nuovo territorio. L’angiogenesi è generalmente responsabile della colonizzazione dei singoli sistemi di organi con i vasi sanguigni, mentre la vasculogenesi stabilisce le condutture iniziali della rete.