Regulation of Apoptosis in Hematopoietic Progenitor Cells: Involvement of Different Signaling Pathways

Sammanfattning: Popular Abstract in Swedish Varje dag bildas ca en biljon nya blodceller i en vuxen person. Eftersom blodceller är relativt kortlivade sker denna nyproduktion ständigt. Alla dessa celler härstammar från en sorts cell, multipotenta blodstamceller. Genom en gradvis mognadsprocess, genereras röda blodkroppar (erytrocyter), vita blodkroppar (granulocyter, lymfocyter och monocyter) och blodplättar (trombocyter). Dessa tar hand om syreförsörjning av kroppens olika organ, infektioner i kroppen och koagulering av blod. Blodets stamceller kan tillgodose detta enorma behov av celler under en individs hela liv, och för att detta ska kunna ske krävs en kontrollerad reglering av deras funktioner. Defekter i denna reglering kan leda till att olika former av leukemier kan utvecklas. Blodstamceller befinner sig i benmärgen. I denna unika miljö påverkas de av intilliggande celler via speciella ämnen, tillväxtfaktorer, som utsöndras av celler i deras närhet. På utsidan av celler, inklusive stamceller, finns ett antal olika receptorer. Tillväxtfaktorer i den omgivande miljön kan binda till dessa receptorer och då detta sker aktiveras ett antal processer inuti cellen. Detta kan i slutändan leda till att en cell bestämmer sig för att dela sig, mogna eller bara helt enkelt överleva. Celler kan inte dela sig ett obegränsat antal gånger. Därför är det viktigt för en stamcell att kunna befinna sig i ett vilande stadium, utan varken celldelning eller utmognad för att inte uttömma hela stamcellspoolen. Detta vilande stadium upprätthålls då cellen instrueras att förhindra programmerad celldöd. Programmerad celldöd, eller apoptos som det även kallas, är ett kontrollerat sätt för kroppen att göra sig av med defekta celler. För att upprätthålla jämvikten i blodbildningen balanseras ständigt celldelning, utmognad och vila av apoptos. Syftet med detta arbete har varit att studera olika överlevnadsmekanismer i blodets stamceller. I denna avhandling har jag studerat två specifika tillväxtfaktorer, Kit liganden (KL) och Flt3 liganden (FL) och hur de kan instruera celler att överleva. Dessa två tillväxtfaktorer är speciellt viktiga för blodets stamceller, och receptorerna som de binder till är uttryckta på många olika sorters celler, inklusive blodstamceller. Då tillväxtfaktorer binder till en receptor aktiveras denna. Detta i sin tur påverkar olika signaleringsvägar inuti cellen. I mina första tre delarbeten konstaterade jag att både KL och FL aktiverar PI3-kinas/Akt-vägen. Aktivering av denna väg leder i sin tur till att transkriptionsfaktorn, FoxO3, inaktiveras. Transkriptionsfaktorer kan binda in till DNA och reglera uttrycket av specifika gener. FoxO3 har visats aktivera ett flertal gener som leder till celldöd. Detta innebär att inaktivering av FoxO3 leder till förbättrad överlevnad. Då jag på konstgjord väg aktiverade FoxO3 visade det sig att detta resulterade i celldöd trots närvaro av KL eller FL. Detta innebär att inaktivering av FoxO3 är ytterst viktigt för att dessa båda skall kunna leda till överlevnad. Jag fann även att FL till skillnad från KL aktiverar ytterligare överlevnads-faktorer som kallas Bcl-2 proteiner. I delarbete IV kunde jag konstatera att Bcl-2 var en bättre överlevnadsfaktor än Akt, och att en kombination av de båda var ännu bättre. Receptorer och de signaleringsvägar de aktiverar är ofta förändrade vid olika tumörsjukdomar. Man har konstaterat att Flt3 receptorn är förändrad i upp till 30% av alla patienter med akut myeloid leukemi, AML. Denna förändring innebär att receptorn är aktiverad oavsett om dess ligand binder till den eller inte. I det sista delarbetet undersökte vi signaleringen via en förändrad Flt3 och kunde konstaterade att ett flertal överlevnadsvägar var aktiverade oavsett om FL hade bundit till receptorn eller ej. Detta innebär att oavsett vilka signaler de får från sin omgivande miljö, så kommer celler som uttrycker en sådan receptor att överleva och dela sig. Hur stamceller regleras studeras flitigt. Genom ökad förståelse av hur stamceller reagerar på olika stimuli kan man i slutändan utveckla effektivare metoder för t ex benmärgs-transplantationer. I vissa fall genomför man så kallade stamcellstransplantationer, då man isolerar stamceller från donatorns blod och för in i mottagaren. Det hade varit önskvärt att kunna veta hur man ska få dessa celler att överleva en längre tid och dela sig både utanför och i kroppen. Genom fortsatta studier av hur stamceller regleras kan man kanske i slutändan åstadkomma detta, vilket skulle innebära ett stort framsteg för stamcells-forskningen och för eventuella framtida terapier.