Stem CellsStemStem CellsCells

Tutte le cellule di un organismo hanno lo Tutte le cellule di un organismo hanno lo stessostesso genoma genoma

(originano tutte dallo zigote)(originano tutte dallo zigote)

Le differenze tra i diversi tipi cellulari Le differenze tra i diversi tipi cellulari dipendono dalle diverse proteine che dipendono dalle diverse proteine che

li costituisconoli costituiscono

dall’espressione selettiva di specifici set di geni

Il Il genomagenoma èè identico in tutte le identico in tutte le cellule dellcellule dell’’organismo, le quali si organismo, le quali si differenziano per ldifferenziano per l’’espressione espressione selettiva di serie diverse di geniselettiva di serie diverse di geni

Questa espressione genica selettiva controlla i quattro processiQuesta espressione genica selettiva controlla i quattro processi essenziali essenziali tramite i quali ltramite i quali l’’embrione embrione èè costruito:costruito:

proliferazione cellulareproliferazione cellulare: : produzione di molte cellule a partire da una solaproduzione di molte cellule a partire da una sola

specializzazione cellularespecializzazione cellulare:: creazione di cellule con caratteristiche e creazione di cellule con caratteristiche e posizioni differenti posizioni differenti

interazione cellulareinterazione cellulare: coordinamento del comportamento di una cellula : coordinamento del comportamento di una cellula concon quelloquello delle cellule circostanti delle cellule circostanti

movimento cellularemovimento cellulare: : riarrangiamentoriarrangiamento delle cellule per formare organi e delle cellule per formare organi e tessuti strutturatitessuti strutturati

CosCos’è’è unauna Stem Cell?Stem Cell?

EE’’ una cellula non specializzata dotata una cellula non specializzata dotata

della singolare capacitdella singolare capacitàà di trasformarsi in di trasformarsi in altri tipi di cellule del corpoaltri tipi di cellule del corpo

ProprietProprietàà delle cellule staminalidelle cellule staminali

�� Non sono Non sono terminalmenteterminalmente differenziatedifferenziate

�� Possono dividersi senza limitiPossono dividersi senza limiti

�� Alla divisione ogni cellula figlia può rimanere una Alla divisione ogni cellula figlia può rimanere una staminale o intraprendere la strada del staminale o intraprendere la strada del differenziamentodifferenziamento

�� Si dividono, in genere, con frequenza Si dividono, in genere, con frequenza relativamente bassarelativamente bassa

�� Sono necessarie ovunque vi sia ricorrente bisogno Sono necessarie ovunque vi sia ricorrente bisogno di sostituire cellule differenziate che non sono in di sostituire cellule differenziate che non sono in grado di dividersigrado di dividersi

�� Sono di diverso tipoSono di diverso tipo

Totipotent Stem CellThis cells have unlimited capability, and have the ability to formextraembryonic membranes and tissues, the embryo itself, and allpostembryonic tissues and organs. An example is the zygote

Pluripotent Stem CellThese cells are capable of givingrise to most, but not all, tissues ofan organism. An example is inner mass cells

Multipotent Stem CellThese cells are committedto give rise nice to cellsthat have a specificfunction. An example is blood stemcells

Tipi di Tipi di StemStem CellsCells

A secondo della fonte da cui vengono A secondo della fonte da cui vengono prelevate, si distinguono in:prelevate, si distinguono in:

� Embryonic Stem Cells (ESCs)� Fetal Stem Cells (FSCs)� Umbilical Cord Stem Cells (UCEs)� Amniotic Epithelial Cells (AECs)� Adult Stem Cells (ASC)

�� EmbryonicEmbryonic StemStem CellsCells ((ESCsESCs))�� FetalFetal StemStem CellsCells ((FSCsFSCs))�� UmbilicalUmbilical CordCord StemStem CellsCells ((UCEsUCEs))�� AmnioticAmniotic EpithelialEpithelial CellsCells ((AECsAECs))�� AdultAdult StemStem CellsCells (ASC)(ASC)

EmbrionalEmbrional StemStem CellsCells (ESC)(ESC)

Le ESC sono Le ESC sono isolate da un isolate da un gruppo di cellule gruppo di cellule della massa della massa interna (interna (ICMICM) ) delldell’’embrioneembrione

NellNell’’embrione, le singole cellule della massa cellulare interna embrione, le singole cellule della massa cellulare interna (IMC) sono inizialmente (IMC) sono inizialmente pluripotentipluripotenti: possono dare origine a : possono dare origine a

qualunque parte del corpo adultoqualunque parte del corpo adulto

FetalFetal StemStem CellsCells (FSC)(FSC)

�� Sono derivate da aborti Sono derivate da aborti

�� Sono cellule Sono cellule PluripotentiPluripotentiperchperchéé in grado di dare origine in grado di dare origine a molti, ma non tutti i tessuti a molti, ma non tutti i tessuti del corpodel corpo

AdultAdult StemStem CellsCells (ASC)(ASC)

�� Sono cellule presenti in tutti gli organi Sono cellule presenti in tutti gli organi degli adultidegli adulti

�� Possono proliferare senza differenziarsiPossono proliferare senza differenziarsi

�� Possono dare origine a tipi cellulari Possono dare origine a tipi cellulari maturi con forma caratteristica e maturi con forma caratteristica e funzioni specializzatefunzioni specializzate

�� Sono cellule Sono cellule PluripotentiPluripotenticaratterizzate dalla capacitcaratterizzate dalla capacitàà di di automantenersiautomantenersi

Per mantenere il bilancio Per mantenere il bilancio tra popolazione di tra popolazione di StemStemcellscells e popolazione di e popolazione di cellule differenziate, le cellule differenziate, le StemStem cellscells hanno il hanno il potenziale di dividersi potenziale di dividersi asimmetricamente, asimmetricamente, producendo due cellule producendo due cellule figlie: una di queste figlie: una di queste cellule rimarrcellule rimarràà StemStem cellcellmentre lmentre l’’altra si altra si differenzierdifferenzieràà

Il risultato asimmetrico della Il risultato asimmetrico della divisione della divisione della StemStem cellcell può essere può essere spiegato dallspiegato dall’’orientamento del piano orientamento del piano della loro divisione, della loro divisione, cosicchcosicchèè le due le due

cellule figlie sono collocate in cellule figlie sono collocate in differenti microambienti che differenti microambienti che

specificano lspecificano l’’identitidentitàà di di StemStem cellcell o o ne permettono il differenziamento ne permettono il differenziamento

�� Delle cellule generate Delle cellule generate durante la divisione durante la divisione asimmetrica alcune asimmetrica alcune saranno caratterizzate saranno caratterizzate da un alto indice da un alto indice proliferativo altre da proliferativo altre da proprietproprietàà migratoriemigratorie

�� Queste cellule possono Queste cellule possono dare origine ad altre dare origine ad altre cellule progenitrici cellule progenitrici intermedie ed infine, a intermedie ed infine, a molte cellule molte cellule differenziate che differenziate che costituiscono tessuti e costituiscono tessuti e organiorgani

I tessuti I tessuti fonte di fonte di StemStemCellsCells adulteadultesono: sono:

�� cervellocervello�� fegato fegato �� midollo osseomidollo osseo�� m.scheletricom.scheletrico�� pellepelle

Il midollo osseo contiene tre tipi di cellule staminali:Le cellule staminali ematopoietiche danno origine a 3 classi di cellule sanguigne che si trovano nella circolazione: leucociti (globuli bianchi), eritrociti (globuli rossi) e trombociti(piastrine). Le cellule staminali mesenchimali (contenute nello stroma) si trovano disposte in schiere attorno al seno centrale del midollo osseo. Sono cellule multipotenti che hanno la capacità di differenziarsi sia in vivo che in vitro in osteoblasti, condrociti, miociti, e molti altri tipi di cellule. Le cellule staminali endoteliali che diventeranno poi cellule endoteliali

Formazione delle cellule del sangueFormazione delle cellule del sangue

Sviluppo di una Sviluppo di una stemstem cellcell

Zigote

StemStem CellCell NichesNiches

�� Le nicchie diLe nicchie di StemStem CellsCells sono microambienti sono microambienti composti da cellule di supporto e segnali associati composti da cellule di supporto e segnali associati che controllano il rinnovamento e la proliferazione che controllano il rinnovamento e la proliferazione delle delle stemstem cellscells

�� Le cellule della nicchia creano un ambiente che Le cellule della nicchia creano un ambiente che protegge le protegge le stemstem cellscells da stimoli di da stimoli di differenziamento, stimoli differenziamento, stimoli apoptoticiapoptotici ed altri stimoli ed altri stimoli che potrebbero alterare la riserva di che potrebbero alterare la riserva di stemstem cellscells

�� Le nicchie contribuiscono anche ad una non Le nicchie contribuiscono anche ad una non eccessiva produzione di eccessiva produzione di stemstem cellscells che potrebbe che potrebbe condurre al cancrocondurre al cancro

Le Le StemStem CellsCells sono un patrimonio sono un patrimonio che garantisce il ricambio dei tessutiche garantisce il ricambio dei tessuti

Le Le StemStem CellsCells sono guidate nel sono guidate nel differenziamento e/o nel restare differenziamento e/o nel restare come sono da fattori chimici, contatto come sono da fattori chimici, contatto fisico con le cellule vicinefisico con le cellule vicine

Nicchia del midollo osseoNicchia del midollo osseo

Kateri A. et al.

Nicchia dellNicchia dell’’intestino tenueintestino tenue

Kateri A. et al.

Nicchia del follicolo piliferoNicchia del follicolo pilifero

Kateri A. et al.

TelomerasiTelomerasi

�� La La TelomerasiTelomerasi èè un complesso costituito un complesso costituito dalla trascrittasi inversa, codificata dal gene dalla trascrittasi inversa, codificata dal gene TERTTERT ((telomerasetelomerase reverse reverse transcriptasetranscriptase), e ), e da un RNA stampo da un RNA stampo TERCTERC ((telomerasetelomerase RNA RNA componentcomponent))

�� Aggiunge ripetizioni Aggiunge ripetizioni telomerichetelomeriche alle alle estremitestremitàà dei cromosomi prevenendo la dei cromosomi prevenendo la perdita dei perdita dei telomeritelomeri dovuta ai continui cicli dovuta ai continui cicli di replicazionedi replicazione

TelomeriTelomeri

�� I I TelomeriTelomeri rappresentano le estremitrappresentano le estremitàà dei dei cromosomicromosomi

�� Consistono di molte ripetizioni in tandem di una Consistono di molte ripetizioni in tandem di una breve sequenza (GGGTTG)breve sequenza (GGGTTG)

TelomerasiTelomerasi(2)(2)

TelomerasiTelomerasi(3)(3)

�� In molte cellule somatiche lIn molte cellule somatiche l’’attivitattivitàà della della telomerasitelomerasi èè diminuita dopo la nascita diminuita dopo la nascita cosicchcosicchèè la lunghezza dei la lunghezza dei telomeritelomeri si si accorcia ad ogni divisione cellulareaccorcia ad ogni divisione cellulare

�� Nelle Nelle EmbrionicEmbrionic stemstem cellscells la la telomerasitelomerasi èèattiva, mantiene la lunghezza dei attiva, mantiene la lunghezza dei telomeritelomerie le l’’immortalitimmortalitàà cellularecellulare

Cellule Staminali Embrionali Cellule Staminali Embrionali AutologheAutologhe

�� Sono cellule che vengono isolate dopo che Sono cellule che vengono isolate dopo che il nucleo di una cellula somatica adulta il nucleo di una cellula somatica adulta viene trasferito in una cellula uovo non viene trasferito in una cellula uovo non fecondata ma priva del suo nucleofecondata ma priva del suo nucleo

�� Questa tecnica Questa tecnica èè nota come nota come ““Clonazione Clonazione TerapeuticaTerapeutica””

�� Clonare Clonare significa produrre una copia significa produrre una copia geneticamente uguale di un individuogeneticamente uguale di un individuo

Il nucleo di cellule somatiche del tutto Il nucleo di cellule somatiche del tutto differenziate può essere differenziate può essere

riprogrammato da fattori presenti riprogrammato da fattori presenti nellnell’’ovocitaovocita

dando cosdando cosìì il via allo sviluppo il via allo sviluppo embrionale e alla nascita di un nuovo embrionale e alla nascita di un nuovo

individuo, individuo, copia genomicacopia genomica del donatore del donatore della cellula somatica impiegata per il della cellula somatica impiegata per il

trasferimento nuclearetrasferimento nucleare

ES cellsautologhe

M. A. Surami

La clonazione La clonazione èè un modo un modo diverso di utilizzare le diverso di utilizzare le stemstemcellscells per curare determinate per curare determinate

malattiemalattie

UmbilicalUmbilical CordCord StemStem CellsCells

�� Sono cellule Sono cellule MultipotentiMultipotenti in grado di in grado di dare origine a un solo tipo di tessuto dare origine a un solo tipo di tessuto (es. cellule del sangue)(es. cellule del sangue)

�� Sono utilizzate per il trattamento di Sono utilizzate per il trattamento di terapie ematologiche e per la cura di terapie ematologiche e per la cura di leucemie infantilileucemie infantili