Hematopoietic microenvironment

Abstract

Steady-state hematopoiesis takes place in the bone marrow permissive microenvironment, composed of stromal cells, as well as extracellular matrix (ECM) components and regulatory molecules, produced by both stromal and hematopoietic cells. Stromal cells are both mezenchymal (endothelial cells fibroblasts, adipocytes, osteoblasts, myocytes, adventitial reticular cells) and hematopoietic (macrophages) in origin, which together provide cell to cell interactions, matrix proteins and growth factors essential for the maintenance, growth and differentiation of hematopoietic stem and progenitor cells. The ECM components (collagen, laminin, fibronectin, thrombospondin proteoglycans, hemonectin and various proteinases participating in their remodeling) are involved in different biological functions such as cell adhesion, binding and presentation of various cytokines and regulation of cell growth. These components serve to localize hematopoietic cells in the specific bone marrow microenvironment and it is suggested that in combination with cytokines are crucial for their compartmentalization. The regulatory molecules of hematopoietic microenvironment are cytokines, which regulate the survival, proliferation and differentiation of hematopoietic cells and cell adhesion molecules, which are responsible for the localization of hematopoiesis to the bone marrow. The activity of cytokines may be greater when the cytokine is present in a membrane-bound or ECM-associated form. Hematopoietic cells could also regulate normal hematopoiesis in an autocrine/paracrine manner, since it was shown that these cells express and secrete various growth factors, cytokines and chemokines.

Proces hematopoeze se odvija u definisanoj tkivnoj mikrosredini kostne srži koja ima ključnu ulogu u njegovoj regulaciji. Mikrosredina hematopoeze podrazumeva funkcionalno jedinstvo stromalnih ćelija i ćelijskih produkata (molekuli ekstracelularnog matriksa i regulatorni faktori), koji čine kompleksni molekularni milje u kome se ostvaruju specifične interakcije hematopoetskih ćelija i komponenti mikrosredine. Stromalne ćelije mezenhimalnog porekla (endotelne ćelije, fibroblasti, adipociti osteoblasti, miociti, adventicijske ćelije retikuluma) i nemezenhimalnog porekla (makrofage), deluju na matične ćelije hematopoeze direktno među ćelijskim interakcijama, kao i produkcijom i deponovanjem pojedinih komponenti kompleksnog ekstracelularnog matriksa, a takođe i produkcijom i koncentrovanjem lokalnih citokina i faktora rasta sa hematopoetskim efektima, obezbeđujući na taj način gotovo sve činioce neophodne za proliferaciju i diferencijaciju matičnih ćelija hematopoeze. Komponente ECM (kolagen, laminin, fibronektin, trombospondin, proteoglikani, hemonektin i drugi glikoproteini kao i proteolitički enzimi koji omogućavaju remodelovanje ECM) su uključene u ćelijsku adheziju, vezivanje i prezentaciju različitih citokina i regulaciju ćelijskog rasta. Smatra se da komponente ECM omogućavaju lokalizuju hematopoetskih ćelija u specifičnoj mikrosredini kostne srži, i da u kombinaciji sa citokinima imaju presudnu ulogu u formiranju specifičnih niša. Regulatorni faktori hematopoetske mikrosredine su citokini koji regulišu preživljavanje, proliferaciju i diferencijaciju hematopoetskih ćelija i ćelijski adhezivni molekuli koji su odgovorni za lokalizaciju hematopoeze u kostnoj srži i za posredovanje u fizičkoj vezi između hematopoetskih ćelija i stromalnog tkiva mikrosredine. Ovi molekuli se u mikrosredini kostne srži nalaze kao solubilni, ili vezani za membrane stromalnih ćelija ili za komponente ECM, što može da pojača njihovu aktivnost. Takođe i same hematopoetske ćelije učestviju u regulaciji procesa hematopoeze produkujući citokine koji ispoljavaju autokrino/parakrine efekte.