HEMOPOESE

Elvira Guerra-Shinohara

Hemopoese

Processo regulado e contínuo de produção de células sanguíneas

Inclue a renovação celular, proliferação, diferenciação e maturação das células sanguíneas

Intra-útero Pós-nascimento

Hemopoese

Intra-útero

Pós-nascimento

Lorenzi – Manual de Hematologia

Hematopoese

• Auto-renovação da Stem Cell

• Diferenciação em Stem cell comissionada

• Diferenciação em progenitores mielóides e linfóides

• Proliferação dos progenitores e sua diferenciação em um determinado tipo celular

Hemopoese intra-útero

As primeiras células sanguíneas do homem surgem no

período embrionário, por volta do 19º dia de desenvolvimento fetal

Fases da hematopoese intra-útero:

Mesoblástica

Hepática

Medular

Hemopoese intra-útero

Idades gestacionais e locais da hemopoese

0 a 2 meses (saco vitelino)

2 a 7 meses (fígado e baço)

5 a 9 meses (medula óssea)

Hematopoese intra-útero: Fase mesoblástica

• Células progenitoras de origem mesenquimal migram da região aorta-gonada-mesonefros do desenvolvimento da aorta-esplanctopleura para o saco vitelino

• Acontece no mesoderma do saco vitelino

• Apenas formação de eritrócitos nucleados

• Estas células tem a capacidade de sintetizar hemoglobina com cadeias tipo zeta (que são as anteriores a cadeias ) e cadeias épsilon e gama (cadeias anteriores a cadeias beta)

Hypothetical model of human hematopoietic ontogeny based on amphibian,

avian, murine, and human developmental data. The yolk sac provides two transient populations of committed progenitors that are thought to arise

from a mesoderm-derived hemangioblast (HB) precursor.

The first wave of progenitors produces primitive erythroblasts (PRIM. ERY.).

The second wave produces burst-forming unit–erythroid (BFU-E) and several myeloid progenitors

(MP) that seed the liver.

Long-term hematopoietic stem cells (HSC) arise later in the aorta-gonad-mesonephros (AGM)

region that subsequently populate the liver and ultimately the marrow to generate the full

panoply of definitive hematopoiesis.

The HSC from liver also provide naïve lymphoid cells to the thymus, and T-lineage maturation occurs

there.

Fonte

Formação de Cadeias Globinícas

z Z22 = Gower 1

22= Gower 2

Z22 = Portland

22 = HbF

22 = HbA2

22 = HbA

Hemoglobinas fisiológicas humanas

Período embrionário Z2E2 – Gower 1 α2E2 – Gower 2 Z2γ2 – Portland

Período Fetal Principalmente HbF

α2γ2 – HbF α2β2 - HbA

Pós-nascimento α2γ2 – HbF α2β2 – HbA α2δ2 – HbA2

Período hepatoesplênico

• As células embrionárias ou stem cell emigram do saco vitelino para o fígado e daí para a medula óssea

• A hemopoese fetal inicia-se no fígado por volta 42º dia, também do tipo eritroide, com as células sintetizando cadeias globínicas alfa e gama (Hb fetal)

• As outras linhagens (granulócitos e plaquetas) aparecem mais tardiamente, podendo as células ser cultivadas a partir de fígado fetal

Formação dos orgãos Hematopoéticos

Hoffman e cols, 2001

AGM – aorta-gonadal -mesonephros

Medula óssea

Principal orgão hematopoético após o nascimento

Crianças apresentam medula óssea vermelha em praticamente

todos os ossos

ADULTOS

crânio

extremidades proximais dos ossos longos

Esterno vértebras

Esqueleto axial Crista ilíaca

Produção diária (por kg peso corporéo) de: 2,5 bilhões de eritrócitos 2,5 bilhões de plaquetas 1,0 bilhão de granulócitos

Hematopoese intra-utero e sitios medulares após o nascimento

Constituição da medula óssea

Fonte: Rodak Hematology 2012

Esquema da circulação na medula óssea

Fonte: Willians Hematology 2010

Distribuição das células hematopoéticas e adipócitos na medula óssea de um indivíduo adulto normal

50% células hematopoéticas 50% adipócitos

Fonte: Rodak Hematology 2012

Celularidade em cortes histológicos de biópsia de medula óssea

Normocelular Hipercelular Hipocelular

Fonte: Iawata – Atlas de doenças hematológicas, 1998

Número de células no aspirado de medula óssea (mielograma)

Hipocelular Hipercelular

Normocelular

Microambiente de medula óssea

Hoffbrand & Pettit, 2001

Células estromais

Citocinas

Matriz extracelular

Células hematopoéticas

Células do estroma

• Macrófagos

• Fibroblastos

• Células reticulares

• Adipócitos

• Células endoteliais

Matriz extracelular

• Fibronectina

• Hemonectina

• Laminina

• Colágeno

• Proteoglicanos (mucopolissacarídeos ácidos, i.e., condroitina, heparana)

Características das células tronco

Capacidade de:

• auto-renovação

• proliferação

• gerar diferentes tipos celulares

• regenerar o tecido após lesão

Célula pluripotente, totipotente, stem cell ou célula tronco

Fonte: Lorenzi e cols., 2003

Localização dos nichos de células tronco hematopoética (HSC) na cavidade trabecular da medula óssea

NÃO EXPRESSAM MARCADORES: CD 45, CD 34 e CD 14

(Marcadores de células hematopóéticas)

EXPRESSAM: CD 105, CD 73 e CD 90

Acrescentar CD 271 e Sca-1

Ehninger & Trumpp – J. Exp. Med. 208: 421-428, 2011

Células tronco mesenquimal (MSC)

Shi – Immunology; 136: 133-8, 2012

CAR Cell = célula

reticular que produz

abundante CXCL12

MSC= produz

CXCL12

Características in vitro das células mesenquimal

Formação de colônias fibroblastoide

Multipotência in vitro: osteogênica, condrogênica e adipogênica

MARCADORES DE SUPERFÍCIE

NEGATIVO: CD45, CD34, CD14, CD80, CD86, MCHII

POSITIVO: CD105, CD73, CD90, CD106, STRO1, ICAM-1, CD271

Shi – Immunology; 136: 133-8, 2012

Funções das células mesenquimal

• Sendo uma célula multipotente diferencia-se em todas as

células que formam o estroma: adipócitos, condrócitos,

osteocitos, fibroblastos

• Produz SDF-1(CXCL12), VEGF, HGF (fator de crescimento de

hepatócitos), IGF-1 (fator de crescimento semelhante à

insulina), TGF-β, LIF- fator inibidor da leucemia, angiopoetinas,

diversas interleucinas, principalmente as anti-inflamatorias

Célula tronco hematopoética (HSC)

• Marcadores da HSC: CD34+, CD38-, Lin-

• Quando próxima ao endosteo = quiescente

• Perto do sinusoide = ativa (proliferação ou diferenciação)

Doulatov et al., Cell Stem Cell 10, 2012

Citocinas

• Grupo heterogêneo de polipeptídeos (peptídeos regulatórios) • Atua na ordem de pico ou namoles • Modificam as funções de diferentes tipos celulares • A maioria das citocinas é produzida indutivamente, por diferentes tipos

celulares • Exercem atividade através da ligação a receptores específicos associados à

membrana celular

FUNÇÃO • Regula as respostas imune e inflamatória • Controla a proliferação e diferenciação celular • Controla a apoptose • Ativa ou inibe células maduras efetoras

Papel das citocinas e de fatores de crescimento

• Induzir a proliferação celular

• Induzir a diferenciação celular

• Ativar células maturas e efetoras

• Aumentar (ou não) a sobrevida celular

Fatores estimuladores de colônias (CSF)

• Nome dado a algumas citocinas que apresentam a capacidade de estimularem a proliferação e a formação de colônias in vitro

• CITOCINAS REGULATÓRIAS DA HEMATOPOESE

• Fator estimulador de células-tronco (SCF)

• Interleucina 3 (IL3)

• Fator estimulador de colônias de granulócitos e mónócitos (GM-CSF)

• Fator estimulador de colônias de mónócitos (M-CSF)

• Fator estimulador de colônias de granulócitos (G-CSF)

• Eritropoetina (EPO)

GM-CSF e IL-3

• Fatores estimuladores de colônias que estimulam a proliferação de células progenitoras comprometidas com mais de uma linhagem ou mais primitivas

• IL-3

• Estimula o crescimento, a diferenciação e a sobrevivência de células tronco-hematopoética e atua sobre as unidades formadoras de colônias (CFU)

• CFU-GM

• BFU-E

• CFU-Meg

• CFU-GEMM

GM-CSF

• Exerce papel na função e na ativação de precursores e células maturas da linhagem grânulo-monocítica

• Estimula as divisões mitóticas finais e a maturação celular terminal dos progenitores hematopéticos diferenciados

• Ativa as funções efetoras das células maturas finais naquela linhagem

GM-CSF in vivo

• Aumento significativo no número de CFU-GM e no percentual de precursores medulares reconhecidos morfologicamente em fase S

Tratamento com GM-CSF • Quase triplica a produção medular de células grânulo-

monopoéticas • Embora a granulo-monocitose seja o efeito mais evidente da

administração do GM-CSF, outras linhagens mieloides, como a eritroide e a megacariocitica, também respondem ao tratamento

(Burgess; Metcalf, 1980)

Eritropoetina (EPO)

• Promove a proliferação e hemoglobinização de células progenitoras eritroides mais maduras

• Promove a proliferação de células comprometidas com a linhagem eritroide, enquanto que, em células progenitoras eritroides mais tardias, atua na sobrevivência celular

Hierarquia das células da medula óssea

HPP-CFC – high proliferative potential – colony forming cell LTC-IC – “long-term culture” – initiating cell

células tronco células progenitoras células precursoras células maduras

A- Com a diferenciação as células perdem a capacidade de auto-renovação. B - Uma única célula tronco produz, depois múltiplas divisões, 106 células maduras

Fonte:

Fonte: Greer e cols. Wintrobe’s Clinical Hematology, 2004

Medula óssea

Sangue periférico

Órgãos linfóides

HEMATOPOESE

Células tronco

Progenitores

Precursores

The figure displays the hematopoietic

progenitors that have been defined by

in vitro assays or by more complex

tissue-based assays.

I(A) the growth factors responsible for cell

survival and proliferation at each

corresponding stage of hematopoietic

development

(B) the corresponding transcription factors

are illustrated. See text for definitions,

except that T,GM,4 represents tumor

necrosis factor alpha (TNF-α), GM-CSF

and IL-4, and 1,3,4,7,T,S,F represents IL-1,

IL-3, IL-4, IL-7, TNF-α, SCF, and Flt3

Ligand. Although a single type of

macrophage is illustrated, the blood

monocyte can differentiate into a plethora

of tissue specific macrophage types,

including the hepatic Kupffer cell, the brain

microglia, and the bone osteoclast

Similarly, a single dendritic cell is shown,

but of two distinct origins, lymphoid or

myeloid.

MATURAÇÃO CELULAR

células jovens (imaturas) BLASTOS

diferenciação citoplasmática

Maturação células sanguíneas

maturação nuclear

redução do tamanho celular

Células diferenciadas (precursoras)

células especializadas

morfologicamente podem ser diferenciadas

por microscopia óptica

constituem a maior parte das células da M.O.

Eritroblastos (medula óssea)

Pró-eritroblastos

Eritroblasto

Basófilo

Eritroblasto

Ortocromático

Eritroblastos policromáticos

Células da Medula Óssea

Pró-eritroblasto

Eritroblastos

policromático

promielócito

plasmócito

Eritroblastos

policromáticos A e B

Eritroblasto basófilo A

B

Precursores de granulocíticos

Precursores de linfócitos

Fonte: Hoffbrand & Pettit, Hematologia Clínica Ilustrada, 1991)

Precursores de monócitos

Precursores de plaquetas

Megacariócito basófilo

Megacariócito acidófilo

Expressão de Integrinas nas células sanguíneas

Hoffbrand e cols, 2001

Receptores de adesão e seus ligantes

Hoffman e cols, 2001

HPC- hematopoetic progenitor cell

HSC- hematopoetic stem cell

Outros receptores de adesão

Selectinas

Transmission electron micrograph of mouse femoral marrow.

The lumen (L) of a sinus is indicated.

Endothelial cell cytoplasm separates the sinus lumen from the hematopoietic spaces (arrow).

Two neutrophils are evident traversing the sinus wall.

Note deformation of the cell producing a narrow waist where the cell passes through endothelium. The

luminal portion of the migrating cells is granule-poor. The remainder of the cytoplasm is granule-rich,

possibly reflecting gel-sol transformation during pseudopod formation.

Transmission electron micrograph of mouse femoral marrow.

Composite of reticulocytes in egress.

A. Small protrusion of marrow reticulocyte into sinus lumen (L).

B. Reticulocyte in egress, with approximately half the cell in the

sinus lumen.

C. Reticulocyte virtually in the sinus. Egress occurs through a

migration pore that is parajunctional in position (arrows point to

endothelial cell junctions).

(From Lichtman MA, Waugh RE,479 with permission.)

Transmission electron micrograph of mouse femoral marrow.

A. The lumen (L) of a marrow sinus is indicated. The arrow points to the thin endothelial

cytoplasmic lining of the sinus. The nucleus of a megakaryocyte (N) is indicated,

with the cytoplasm of the megakaryocyte invaginating the endothelial cell

cytoplasm in three places below the lumen.

B. The arrow indicates the thin endothelial cell cytoplasmic lining of the sinus. The

endothelium is attenuated to a double membrane in two places. A small process of

megakaryocyte cytoplasm has formed a pore in the endothelial cell and has entered the

sinus lumen (L). Cytoplasm flows through such pores and delivers proplatelets to the

sinus lumen.