Læknaneminn - 01.04.2007, Page 117

Rannsóknargrein
BMP signaling pathway
BMP
Mynd 3. BMP boðleiðin. Fengin frá Smeiand EB et al. (http://
radium.no/ebsmeiand)
ES frumur verða að velja á milli endurnýjunar og
sérhæfingar. Þetta val er ákvarðað af fjölda vaxtarþátta
eða hindra í umhverfi ES fruma. Það hefur orðið æ Ijósara
að viðbrögð frumunnar eru ekki einungis háð ákveðnum
boðleiðum heldur frekar háð samspili boða frá mörgum
ólíkum boðleiðum. Því er nauðsynlegt að bera kennsl á
þessa vaxtarþætti og finna út hvernig boðleiðir þeirra eru
virkjaðar, því aðeins þá er hægt að viðhalda fjölhæfi ES
frumanna og stýra sérhæfingu þeirra í þá frumugerð sem
þörf er á fyrir þróun vefjaígræðslu sem byggist á
stofnfrumusérhæfingu.
Einkum hafa samspil ólíkra boðleiða lítt verið rannsökuð
þráttfyriraugljóst mikilvægi þeirra samkvæmt niðurstöðum
um að virkjun JAK/STAT3 og Smad boðleiðanna af LIF
annars vegar og BMP hins vegar, sé næg til að viðhalda
fjölhæfi þeirra, a.m.k. í mES frumum.
Prótein sem nefnast Bone Morphogenetic Protein (BMP)
tilheyra fjölskyldu Transforming Growth Factor beta (TGF-
beta) próteina (16) (mynd 3).
BMP bindlar og áhrifaprótein þeirra (downstream
effectors), svonefnd Smads, gegna mikilvægu hlutverki í
að ákvarða örlög ES fruma, ekki aðeins með því að ýta
undir endurnýjun þeirra heldur líka til að beina sérhæfingu
þeirra í átt að miðlagi (mesoderm) í stað útlags (ectoderm)
(17,18). Auk þess hefur verið sýnt að BMP2 virkjun leiði til
sérhæfingar mES frumna í hjartavöðvafrumur. Komið hefur
í Ijós að styrkur BMP er mjög mikilvægur í þeirri ákvörðun
hvort frumur viðhaldi sér eða sérhæfi sig. BMP próteinin
starfa þannig að þau fosfæra Smad 1/5 próteinin bæði í
mES- og hES frumum (19,20) og leiða til aukinnar tjáningar
á Id genum (Inhibitors of differentiation), a.m.k. í mES
frumum (20). Sýnt hefur verið að örvun með BMP leiðir
einnig til aukinnar tjáningar á Id próteinum í ES frumum
en Id próteinin hindra starfsemi bHLH umritunarþátta og
koma þannig í veg fyrir sérhæfingu ES frumanna (21).
Áhrifin í mES frumum virðast vera BMP/Smad 1/5 sértæk
því TGF-beta hefur ekki áhrif á Id genatjáningu (26). Þó er
hugsanlegt að mES frumur séu einfaldlega án TGF-beta
type II viðtakans og geti ekki svarað TGF-beta boðum
(22). Yfirtjáning Id leiddi til samskonar áhrifa og
meðhöndlun með BMP (20).
Mvndun sláandi hjartavöðvafrumna
Sýnt hefur verið fram á að þegar mES frumur eru látnar
mynda EB þyrpingar þá þroskast þær í frumur frá öllum
þremur kímlögunum (23). í framhaldi af því koma oft fram
frumur sem hafa eiginleika hjartavöðvafruma (tilheyra
miðlaginu). í þeim tilfellum mynda hjartavöðvafrumurnar
ytra þekjulag sem líkist frumum úr svonefndu innlagi. í
kjölfar þess byrja frumurnar stundum að dragast saman
(24).
Ýmsar rannsóknir hafa farið fram á slíkum sláandi
frumum. í Ijós hefur komið að þrátt fyrir að frumurnar séu
látnar þroskast in vitro þá líkjast þær fyrsta hjartaröri
(primitive heart tube) venjulegra músafóstra (25).
Raflífeðlisfræðilegar rannsóknir hafa bent til þess að
frumurnar þroskast í flestar frumugerðir hjartans, þ.e.
gáttafrumur, sleglafrumur og gangráðsfrumur. Einnig hefur
verið sýnt fram á myndun ýmissa sértækra efna eins og
a-actinin, troponin I og T (26).
Auk þessa hefur verið sýnt fram á að frumurnar hafa gott
næmi fyrir kalsíum hvað varðar samdrátt líkt og venjuleg
hjörtu manna og músa in vivo. Þessar niðurstöður eru
taldar styrkja þá tilgátu að dag einn megi rækta starfhæfan
hjartavef (24,25,26).
Áhrif BMP hluta TGF-beta boðleiðarinnar eru ekki
fullskilin. Sýnt hefur verið fram á að ef komið er í veg fyrir
tjáningu TGF-beta/BMP boðleiðanna þá þroskast mES ekki
í hjartavöðvafrumur (27).
Markmið verkefnis - Rannsóknarspurningar
A. Athuga aðild BMP boðleiðarinnar í sérhæfingu mES
fruma í átt að hjartavöðvafrumum. Til þess var beitt
flúrljómandi tvímerkingum.
B. Á rannsóknartímabilinu komu fram sláandi hjarta-
vöðvafrumur í sumum ræktunarskálum og náðist af því
myndband á tölvutæku formi. Námsmaður ákvað að
framkvæma athugun á tíðni og takti sláttarins og kanna
möguleg tengsl við tjáningu TGF-beta boðleiðanna eða
hvort tegund vaxtarþáttar sem var beitt hafði áhrif á
útkomuna.
Efni og aÖferðir
Frumuræktanir
Notast var við IB10 stofnfrumulínuna úr músafósturvísi
sem er undirklónn (subclone) frá E14 mES frumulínunni
Læknaneminn 2007 117