Transcript Patofyziologie krvetvorby

Patofyziologie
krvetvorby
Ústav patologické fyziologie
1.LF UK
KRVETVORBA / HEMATOPOEZA
•
Vysoce regulovaný proces produkce
VŠECH krevních elementů
(erytrocytů, leukocytů, krevních
destiček)
•
Všechny krevní elementy vznikají z
hematopoetické kmenové buňky,
respektive z hematopoetických
kmenových buněk. Fyziologická
krvetvorba= vysoce polyklonální
proces.
•
Hematopoéza probíhá ve vysoce
komplexním mikroprostředí kostní
dřeně. Hnízda kmenových buněk
(Stem cell niche).
HEMATOPOEZA
REGULACE HEMATOPOEZY
-krvetvorby probíhá v komplexním mikroprostředí kostní
dřeně
-na regulaci se podílí jednak
cytokiny (růstové faktory,
interleukiny, chemokiny aj.)
jakožto nositelé určitých
signálů, jednak
hematopoetické
transkripční faktory jako
vykonavatelé těchto signálů
cytokin (=signál)
vazba cytokinu na receptor progenitorových buněk
přenos signálu do nitra buňky
(často přes tzv. druhé posly a další molekuly)
Aktivace / represe cílového transkripčního faktoru
změna genové exprese
změna fenotypu = diferenciační posun
HEMATOPOETICKÁ KMENOVÁ BUŇKA
•
HSC= 1 : 10 000 – 100 000
mononukleárních buněk kostní
dřeně
•
HSC má schopnost nekonečné
sebeobnovy = nesmrtelnost
•
HSC má schopnost diferencovat do
všech vývojových řad krevní tkáně=
pluripotence, ale ne do buněk jiných
tkání.
•
Poté, co vstoupí do diferenciace,
prodělá cca 15-20 dělení a dává tak
vznik cca 500.000 zralých buněk
•
Regulace HSCs probíhá v tzv.
hnízdech hematopoetických
kmenových buněk (důležitou roli
hraje např. osteoblast).
HEMATOPOETICKÁ KMENOVÁ BUŇKA
•
HSC má schopnost migrovat z
kostní dřeně do periferní krve a zpět
(mobilizace kmenových buněk např.
cyklofosfamidem a/nebo G-CSF se
využívá pro sběr mobilizovaných
kmenových buněk před
transplantací kostní dřeně)
•
Transplantace kostní dřeně =
transplantace hematopoetických
kmenových buněk
•
HSCs se používají také k
experimentální genové terapii (např.
srpkovitá anémie, thalasémie aj.)
HEMATOPOETICKÁ KMENOVÁ BUŇKA
•
Studium hematopoetických kmenových buněk umožnila ve velkém měřítku až rozvoj
průtokové cytometrie a zvířecích modelů (zejm. syngenních myší umožňujících
transplatnační experimenty).
•
Na základě exprese
povrchových
diferenciačních
antigenů, tzv. CD
(Cluster of
Differentiation) bylo
možné izolovat různé
(sub)populace buněk
kostní dřeně a
zkoumat jejich
schopnost adoptovat
krvetvorbu v letálně
ozářeném příjemci.
CYTOKINY
•
Cytokiny (interleukiny, interferony,
chemokiny, death ligandy aj.) jsou
signální (glyko)proteiny produkované
širokým spektrem buněk
mikroprostředí kostní dřeně (leukocyty,
fibroblasty, osteoblasty, endotelie,
adipocyty, dendritické buňky aj.)
•
Cytokiny se vážou na specifické
receptory nacházející se na povrchu
buněk kostní dřeně
•
Vazbou cytokinu na receptor dochází k
přenosu signálu do jádra, aktivaci
cílových transkripčních faktorů a
ovlivnění exprese cílových genů.
•
Vzniká informační síť cytokinových
signálů regulující průběh krvetvorby.
Přehled regulační role jednotlivých cytokinů
Hematopoeza
Cytokiny
Erytropoeza
Epo, SCF, IGF-1, IL-9, IL-3,
Tpo, IL-20, SDF-1
Megakaryopoeza
Tpo, IL-3,IL-11, LIF, SCF, Epo,
FL
Vývoj žírných buněk
IL-3, SCF, IL-10
Vývoj eozinofilů
IL-5, IL-3, GM-CSF, SCF
Granulopoeza
G-CSF, GM-CSF, IL-3, SCF, IL6, FL, SDF-1
Vývoj makrofágů
M-CSF, GM-CSF, IL-3, FL,
SDF-1
Vývoj lymfocytů
IL-7, FL, SCF, SDF-1, IL-2, IL4, IL-5, IL-10, IL-13, IL-15,..
CYTOKINOVÉ RECEPTORY
Typ 1 – receptory spojené s JAK-STAT (JAK – Janus kinase,
STAT- signal transducer and activator of transcription)
CYTOKINOVÉ RECEPTORY
Typ 2 – receptorové tyrozinkinázy, tj. receptory s vnitří (intrinsickou)
tyrozin-kinázovou aktivitou
TRANSKRIPČNÍ FAKTORY (TF)
•
TFs= proteiny schopné vázat se na
DNA, a regulovat expresi cílových
genů
•
Hematopoetické TFs (např. AML1,
PU.1, GATA-1 aj.) se aktivují či inhibují
v odpověď na řadu intra- a
extracelulárních signálů, např. v
odpověď na aktivaci cytokinového
receptoru
•
Různé hematopoetické TFs regulují
odlišné stupně diferenciace od
hematopoetické kmenové buňky po
zralý element.
•
Strukturální či funkční defekt
hematopoetických TFs (např. mutace)
vede k závažným poruchám
krvetvorby- viz. dále.
TRANSKRIPČNÍ FAKTORY VYTVÁŘEJÍ
SLOŽITOU SÍŤ VZÁJEMNÝCH VZTAHŮ
•
Transkripční faktor A reguluje expresi transkripčního faktoru B, který reguluje expresi
transkripčního faktoru C …………..atd.
•
Diferenciační proces je řízen vzájemnou souhrou mnoha transkripčních faktorů
TRANSKRIPČNÍ FAKTORY
•
Ztráta funkce transkripčního faktoru (např. následkem inaktivační mutace, delece či
translokace) je spojena s diferenciační poruchou (maturační blok) na té úrovni
diferenciačního procesu, pro kterou je daný transkripční faktor nezbytný.
PATOFYZIOLOGIE KRVETVORBY
CAVE: TERMINOLOGIE BYLA VYTVÁŘENA V DÁVNÉ
HISTORII A MNOHDY NEODPOVÍDÁ
PATOFYZIOLOGICKÝM POZNATKŮM : KRVETVORBA,
HEMATOPOÉZA, MYELOPOÉZA
MYELOPOÉZA V UŽŠÍM SLOVA SMYSLU= TVORBA
TZV. MYELOIDNÍCH ELEMENTŮ, TJ.
MONOCYTŮ/MAKROFÁGŮ A GRANULOCYTŮ
MYELOPOÉZA V ŠIRŠÍM SLOVA SMYSLU JE TVORBA
VŠECH ELEMENTŮ KOSTNÍ DŘENĚ S VYJÍMKOU
LYMFOCYTŮ
CAVE: LYMFOPOÉZA JE SOUČÁST HEMATOPOÉZY,
ALE TÉŽ LYMFATICKÉHO A IMUNITNÍHO SYSTÉMU
PATOFYZIOLOGIE KRVETVORBY
CAVE: NEZBYTNÁ SOUČÁST LYMFATICKÉHO A
IMUNITNÍHO SYSTÉMU- TJ. LYMFOCYTY, VZNIKAJÍ V
KOSTNÍ DŘENI DIFERENCIACÍ Z HEMATOPOETICKÉ
KMENOVÉ BUŇKY (= LYMFOPOÉZA).
KOSTNÍ DŘEŇ= PRIMÁRNÍ LYMFATICKÝ ORGÁN
(SPOLU S THYMEM)
LYMFOCYTY SE VŠAK VYVÍJEJÍ DÁLE MIMO KOSTNÍ
DŘEŇ (A THYMUS) V TZV. SEKUNDÁRNÍCH
LYMFATICKÝCH ORGÁNECH (LYMFATICKÉ UZLINY,
SLEZINA, MALT, BALT, GALT ATD.)
PORUCHY KRVETVORBYEXTRÉMNĚ ŠIROKÉ SPEKTRUM
CHOROB
vrozené
získané
Poruchy myelopoézy = selhání krvetvorby
(myeloaplázie), myelodysplázie a
myeloproliferativní onemocnění
Poruchy lymfopoézy = imunodeficity,
autoimunitní onemocnění a lymfoproliferativní
onemocnění
MYELOPROLIFERATIVNÍ CHOROBY=
MYELOPROLIFERACE V ŠIRŠÍM SLOVA
SMYSLU= PORUCHY HEMATOPOETICKÉ
KMENOVÉ BUŇKY
1. Myeloproliferativní syndromy
(MPS) = myeloproliferace v užším
slova smyslu
2. Myelodysplazie (MDS)
3. Akutní myeloidní leukémie (AML)
LYMFOPROLIFERATIVNÍ CHOROBY
1. PREKURZOROVÉ =VZNIKAJÍ
MUTACÍ HEMATOPOETICKÉ
KMENOVÉ BUŇKY
2. ZRALÉ =VZNIKAJÍ MUTACÍ
PERIFERNÍCH LYMFOCYTÁRNÍCH
KLONŮ V SEKUNDÁRNÍCH
LYMFATICKÝCH ORGÁNECH BĚHEM
ADAPTIVNÍ IMUNITNÍ ODPOVĚDI
SHRNUTÍ
MPS
MYELOPROLIFERATIVNÍ
CHOROBY
MDS
AML
prekurzorové
LYMFOPROLIFERATIVNÍ
CHOROBY
zralé
T-lymfoproliferace
B-lymfoproliferace
HEMATOPOETICKÁ
KMENOVÁ BUŇKA
KOSTNÍ DŘEŇ
MDS
MPS
AML
ALL / prekurzorové
LYMFOMY
PERIFERNÍ KREV /
PERIFERNÍ LYMFATICKÁ TKÁŇ
HIGH-GRADE
LYMPHOMY
PLAZMOCELULÁRNÍ
LEUKÉMIE
NAIVNÍ
LYMFOIDNÍ
ELEMENTY
ADAPTIVNÍ
IMUNITNÍ
ODPOVĚĎ
ZRALÉ
MYELOIDNÍ
ELEMENTY
CLL
LYMFOMY
MYELOM
IMUNOKOMPETENTNÍ
LYMFOIDNÍ
ELEMENTY
ZJEDNODUŠENÉ SCHÉMA PATOFYZIOLOGIE
MYELOPROLIFERAČNÍCH CHOROB
Mutace přinášející
proliferační výhodu
Mutace způsobující
diferenciační poruchu
Primární AML
Inaktivační mutace
hematopoetického TF
Myelodysplastické
syndromy (MDS)
AML
Aktivační
mutace proteinové
tyrozinkinázy PTK
Myeloproliferativní
syndromy (MPS)
ZJEDNODUŠENÉ SCHÉMA PATOFYZIOLOGIE
ZRALÝCH LYMFOPROLIFERAČNÍCH CHOROB
Deregulace apoptózy
(+další zásahy ???)
Nízkomaligní (tzv.
low-grade) lymfomy/
chronická lymfatická
leukémie
Deregulace proliferace a
buněčného cyklu (+další
zásahy ???)
De novo vysoce
maligní (tzv. highgrade) lymfomy
Transformace
Deregulace proliferace
Vysoce maligní (tzv.
high-grade) lymfomy
/ zralá B-ALL
Myelodysplastický syndrom
•
klonální onemocnění krvetvorby vzniklé maligní transformací
hematopoetické kmenové buňky
•
Mutací HSC vzniká vedle normální fyziologické polyklonální krvetvorby v
kostní dřeni ještě patologická monoklonální krvetvorba charakterizovaná
deregulací apoptozy, poruchou reparačních mechanismů poškozené DNA a
abnormální metabolickou aktivitou
•
proliliferace patologického klonu a indukce apoptozy zralejších buněk (účast
některých cytokinů –TNF-a, IL-1,..) koreluje s obrazem hyperplastické a
dysplastické krvetvorby s periferní pancytopenií (anémie, trombocytopenie,
leukopenie)  únava, krvácení, sklon k infekcím.
•
Ziskem komplementárních mutací dochází ke zvratu v akutní leukemii.
Dysplastická hematopoeza
Erytropoeza
Granulocytopoeza
Trombopoeza
Myelodysplastické syndromy (MDS)- WHO
nomenklatura- pouze pro ilustraci
•
Refrakterní cytopenie s unilineární dysplázií
•
Refrakterní anémie s prstenčitýmí sideroblasty
•
Refrakterní cytopenie s multilineární dysplázií
•
Refrakterní anémie s nadbytkem blastů
•
Myelodysplastický syndrom s izolovanou delecí 5q
•
Myelodysplastický syndrom, nekasifikovatelný
Myeloproliferativní syndromy (MPS)
•
klonální onemocnění krvetvorby charakterizovaná abnormální proliferací
hematopoetických kmenových buněk
•
•
•
•
•
•
•
•
chronická myeloidní leukémie, BCR-ABL1 pozitivní
primární polycytémie
primární myelofibróza
primární trombocytémie
chronická neutrofilní leukémie
chronická eozinofilní leukémie
mastocytóza
myeloproliferativní syndrom, neklasifikovatelný
Chronická myeloidní leukémie
•
myeloproliferativní onemocnění vzniklé maligní transformací
hematopoetické kmenové buňky
•
specifická cytogenetická abnormalita
t (9q34;22q11) BCR-ABL
Ph (Philadelphia chromosome)
Mutace proteinu s tyrozinkinázovou aktivitou
(ABL) = proliferační výhoda
translokací t (9; 22) dochází k přesunu
genu pro receptorovou tyrozinkinázu ABL
(Abelson leukemia) do oblasti BCR
(breakpoint cluster region) – vzniká fúzní
gen produkující fúzní protein - bcr-abl s
aberantní tyrozinkinázovou aktivitou
spouštějící proliferační signál
translokací t (9; 22) dochází k přeměně
normální hematopoetické kmenové buńky
(HSC) v leukemickou kmenovou buňku
(LCS).
CML- klinický obraz, průběh onemocnění
• proliferační výhodou patologického klonu dochází k
útlaku normální krvetvorby – hyperplastická kostní dřeň s
převahou granulocytární řady, v periferní krvi – zvýšený
počet leukocytů, jsou přítomna všechna vývojová stadia
granulocytů,  leukocytóza (někdy extrémní- stovky tisíc
leukocytů na mikrolitr) zvýšený počet trombocytů .
• Útlakem normální polyklonální krvetvroby v kostní dřeni
patologickou monoklonální (leukemickou) krvetvrobou
dochází k rozvoji extramedulární hematopoezy (játra,
slezina)  CML provází hepatosplenomegalie, někdy
extrémní.
• akumulací dalších mutací v leukemických kmenových
buňkách, které způsobí defekty v diferenciaci, dochází k
postupné progresi CML (chronická fáze CML–
akcelerace – blastický zvrat do AML)
Akutní myeloidní leukémiedvouzásahový model leukemogeneze
Mutace přinášející
proliferační výhodu
Mutace způsobující
diferenciační poruchu
Primární AML
Inaktivační mutace
hematopoetického TF
Myelodysplastické
syndromy (MDS)
AML
Aktivační
mutace proteinové
tyrozinkinázy PTK
Myeloproliferativní
syndromy (MPS)
Akutní myeloidní leukémie
Leukemogeneze
Mutace I. typu = aktivační mutace receptorové tyrozinkinázy
proliferační výhoda
Mutace II. typu = inaktivační mutace transkripčního faktoru
diferenciační blok
Inaktivační mutace transkripčního faktoru
t(8;21) AML1-ETO) = nejčastější rekurentní chromozomální translokace u
pacientů s AML
AML1= Acute Myeloid Leukemia 1= normální hematopoetický transkripční faktor
AML1=CBFalfa (Core binding factor alpha), ETO=CBFbeta
translokací t(8; 21) vzniká fúzní
protein AML1/ETO, který
funguje jako kompetitivní
inhibitor normální
hematopoetického
transkripčního faktoru AML1dochází k diferenciačnímu
bloku.
Lymfoproliferativní choroby
= klonální onemocnění krvetvorby vznikající z B / T-lymfocytů v různém
stadiu jejich diferenciace
Hodgkinův lymfom
prekurzorové
B-NHL/B-CLL
zralé
Non-Hodgkinské lymfomy
prekurzorové
T-NHL/T-CLL
zralé
Lymfoproliferativní chorobynomenklatura WHO
Prekurzorové lymfoproliferace- příklady
•
B lymfoblastická leukemie/lymfom
•
T lymfoblastická leukémie/lymfom
Zralé B lymfoproliferace- příklady
•
B-CLL-Chronická lymfatická leukemie/ lymfom z malých lymfocytů
•
Leukémie z vlasatých buněk
•
Mnohočetný myelom
•
Extranodální marginální lymfom ( MALT-lymfom)
•
Folikulární lymfom
•
Lymfom z plášťové zóny
•
Difúzní velkobuněčný lymfom
•
Burkittův lymfom / leukémie ze zralých B-buněk (zralá B-ALL)
Zralé T lymfoproliferace- příklady
•
T-prolymfocytární leukémie
•
T-buněčná leukémie dospělých (HTLV-1, HTLV-2)
•
Kožní T-lymfomy (Mycosis fungoides, Sezaryho syndrom)
•
Periferní T-lymfom blíže neklasifikovatelný
•
Angioimunoblastický lymfom
•
Anaplastický velkobuněčný lymfom
Diferenciace B-lymfocytů
Diferenciace T-lymfocytů
Vznik antigenně specifických receptorů B a T lymfocytů
Během diferenciace B a Tlymfocytů dochází k přeskupování
genů pro lehké a těžké řetězce
imunoglobulinů, resp. TCR.
Tento proces se nazývá V-(D)-J
rekombinace- vznikají tzv. naivní
lymfoidní elementy připravené
vázat (cizí) antigen.
V-(D)-J rekombinace je proces
NÁHODNÝ (!!!), dochází tudíž k
produkci lymfocytů, které žádný
antigen vázat nemohou
(=nefunkční klony), jednak
lymfocytů, které vážou vlastní (self)
antigeny (=autoreaktivní klony).
Pozitivní a negativní selekce
Během vývoje T a B lymfocytů v thymu a kostní dřeni dochází k eliminaci autoreaktivních
lymfocytů = negativní selekce a lymfocytů s nefunkčním TCR/BCR = pozitivní selekce, dále se
tudíž diferencují jen ty lymfocyty, které mají funkční receptor schopný vázat hypotetický cizí
antigen. Vznikají miliony různých dlouhověkých lymfocytárních klonů- tzv. naivních lymfocytů.
Klonální expanze a diferenciace naivních Blymfocytů v efektorové plazmatické buňky
• Po setkání naivního lymfocytu s
antigenem v sekundárním lymfatickém
orgánu (nejčastěji v lymfatické uzlině)
dochází ke klonální expanzi
lymfocytárního klonu- vzniká tzv.
sekundární folikul s zárodečným
centrem, plášťovou a marginální
zónou, diferencují se
imunokompetentní buňky (plazmatické
buňky a cytotoxické T-lymfocyty).
• Během klonální expanze dochází ke
zvyšování afinitiy k antigenu až
10.000x (!!!). Zvyšování afinity
zajišťuje zejména tzv. somatická
hypermutace- tedy cílená
(fyziologická) mutace úseků genů
kódujících variabilní úseky
imunoglobulinů.
Vznik zralých lymfoproliferací= následek mutace Blymfocytárního klonu během klonální expanze v uzlině chybnou
Chybnou aplikací somatické hypermutace na geny regulující apoptózu či průchod
buňky buněčným cyklem dochází ke vzniku maligního lymfocytárního klonu, který
tvoří podstatu lymfoproliferativního onemocnění.
ZJEDNODUŠENÉ SCHÉMA PATOFYZIOLOGIE
ZRALÝCH LYMFOPROLIFERAČNÍCH CHOROB
Deregulace apoptózy
(+další zásahy ???)
Nízkomaligní (tzv.
low-grade) lymfomy/
chronická lymfatická
leukémie
Deregulace proliferace a
buněčného cyklu (+další
zásahy ???)
De novo vysoce
maligní (tzv. highgrade) lymfomy
Transformace
Deregulace proliferace
Vysoce maligní (tzv.
high-grade) lymfomy
/ zralá B-ALL
SHRNUTÍ
MPS
MYELOPROLIFERATIVNÍ
CHOROBY
MDS
AML
prekurzorové
LYMFOPROLIFERATIVNÍ
CHOROBY
zralé
T-lymfoproliferace
B-lymfoproliferace
SHRNUTÍ
•
CAVE: nomenklatura !!! – složitá, zhusta historická
•
Refrakterní anémie (není anémie, ale (pre)maligní onemocnění patřící mezi
myelodysplastické syndromy
Mnohočetný myelom- není myeloproliferace, ale zralé lymfoproliferativní
onemocnění
•
•
LEUKÉMIE= PATOLOGICKÝ POJEM, NUTNOST PŘESNÉHO ZAŘAZENÍ
•
•
•
•
•
Chronická myeloidní leukémie= myeloproliferativní syndrom
Chronická myelomonocytární leukémie= myelodysplasticý syndrom
Akutní myeloidní leukémie= skupina myeloproliferativních chorob
Akutní lymfoblastická leukémie= prekurzorové lymfoproliferativní onemocnění
Chronická lymfatická leukémie= zralé lymfoproliferativní onemocnění
•
NEJDŮLEŽITĚJŠÍ- ZÁKLADNÍ PATOFYZIOLOGICKÝ VHLED, NIKOLI
TELEFONNÍ SEZNAM JEDNOTLIVÝCH KLINICKÝCH CHOROB
HEMATOPOETICKÁ
KMENOVÁ BUŇKA
KOSTNÍ DŘEŇ
MDS
MPS
AML
ALL / prekurzorové
LYMFOMY
PERIFERNÍ KREV /
PERIFERNÍ LYMFATICKÁ TKÁŇ
HIGH-GRADE
LYMPHOMY
PLAZMOCELULÁRNÍ
LEUKÉMIE
NAIVNÍ
LYMFOIDNÍ
ELEMENTY
ADAPTIVNÍ
IMUNITNÍ
ODPOVĚĎ
ZRALÉ
MYELOIDNÍ
ELEMENTY
CLL
LYMFOMY
MYELOM
IMUNOKOMPETENTNÍ
LYMFOIDNÍ
ELEMENTY