La aorta-gónada-mesonefros ( AGM ) [1] [2] [3] [4] [5] es una región del mesodermo embrionario que se desarrolla durante el desarrollo embrionario a partir de la esplacnopleura paraaórtica en embriones de pollo, [6] ratón [4] [5] y humano [7] . Las primeras células madre hematopoyéticas definitivas adultas , capaces de repoblar a largo plazo y en múltiples linajes a los receptores irradiados adultos, se originan en la pared endotelial ventral de la aorta dorsal embrionaria , [8] [9] a través de un proceso de transdiferenciación endotelial denominado "transición endotelial a hematopoyética" (EHT). [10] [11] [12] [13] [14] En el embrión de ratón, estas primeras HSC se caracterizan por su expresión de Ly6A-GFP [8] [15] (Sca1), CD31 , [16] [15] CD34 , [17] cKit , [16] [17] CD27 , [16] CD41 , [18] Gata2 , [16] [19] [13] Runx1 , [20] [21] Notch1 , [22] y BMP [23] entre otros.
La región aorta-gónada-mesonefros (AGM) es un área derivada del mesodermo esplancnopleura identificado en embriones humanos, ratones y vertebrados no mamíferos como aves y pez cebra . Contiene la aorta dorsal, las crestas genitales y el mesonefros y se encuentra entre la notocorda y el mesodermo somático, extendiéndose desde el ombligo hasta la yema de la extremidad anterior del embrión. [24] La región AGM juega un papel importante en el desarrollo embrionario, siendo el primer sitio intraembrionario autónomo para la hematopoyesis definitiva . [3] [2] [5] [25] [26] La hematopoyesis definitiva produce células madre hematopoyéticas que tienen la capacidad de "autorenovarse" cuando se trasplantan en serie en receptores irradiados y se diferencian en cualquiera de los linajes de células sanguíneas de la jerarquía hematopoyética adulta. [5] [25] Las células endoteliales especializadas en el piso de la aorta dorsal (dentro de la región AGM), identificadas como endotelio hemogénico , se diferencian en células madre hematopoyéticas.
La región AGM se deriva de la capa de mesodermo del embrión. Durante la organogénesis (alrededor de la cuarta semana en los embriones humanos), la región visceral del mesodermo, la esplancnopleura, se transforma en estructuras diferenciadas que consisten en la aorta dorsal, las crestas genitales y el mesonefros. [27] Durante un período durante el desarrollo embrionario, la aorta dorsal produce células madre hematopoyéticas, que eventualmente colonizarán el hígado y darán lugar a todos los linajes sanguíneos maduros en el adulto. [28] Al nacer, la aorta dorsal se convierte en la aorta descendente, mientras que las crestas genitales forman las gónadas. [28] El mesonefros continúa formando nefronas y otras estructuras asociadas de los riñones.
La formación de la región AGM se ha descrito mejor en vertebrados no mamíferos como Xenopus laevis. Poco después de la gastrulación , las células de la placa dorsolateral, análoga al mesodermo de la esplancnopleura en los mamíferos, migran a la línea media, debajo de la notocorda para formar la aorta dorsal y, lateralmente, las venas cardinales y los conductos néfricos. [29]
La función más importante de la región del mesonefros de la gónada aórtica es su papel en la hematopoyesis definitiva. La hematopoyesis definitiva es la segunda ola de hematopoyesis embrionaria y da lugar a todas las células madre hematopoyéticas en el sistema hematopoyético adulto. Se ha demostrado que la región del mesonefros de la gónada aórtica alberga células progenitoras hematopoyéticas multipotentes formadoras de colonias-bazo ( CFU -S) [1] y células madre hematopoyéticas pluripotenciales de repoblación a largo plazo (LTR- HSC ). [2] [3] A diferencia del saco vitelino , el sitio hematopoyético extraembrionario, el número de UFC-S fue mucho mayor en la región del mesonefros de la gónada aórtica. La actividad de LTR-HSC también se encontró en la región del mesonefros de la gónada aórtica en un momento ligeramente anterior que en el saco vitelino y el hígado fetal. Esto indica la potencia de la hematopoyesis definitiva de esta región. Además, los cultivos de órganos aislados del AGM de embriones de ratón pueden iniciar de forma autónoma la actividad de las células madre hematopoyéticas, sin influencia del saco vitelino o el hígado. [3] A los 10 días posteriores al coito (dpc), la región del mesonefros de la gónada aorta pudo iniciar y expandir la actividad definitiva de las células madre hematopoyéticas, mientras que no se observó actividad hematopoyética en el saco vitelino hasta los 11 dpc. Esto es lo mismo en los embriones humanos, donde se detectan por primera vez el día 27 en la región del mesonefros de la gónada aorta, se expanden rápidamente el día 35 y luego desaparecen el día 40. Esta "desaparición" se correlaciona con la migración de estas células madre hematopoyéticas al hígado fetal, donde se convierte en el sitio posterior de la hematopoyesis.
La aorta dorsal está formada por una capa endotelial y una capa estromal subyacente . También hay otra población celular llamada endotelio hematogénico, que deriva de la capa endotelial para producir células madre hematopoyéticas.
Las células endoteliales recubren el lumen de todos los vasos sanguíneos como una única capa endotelial escamosa. Estas células mantienen contacto entre sí a través de uniones estrechas. En la AGM, las células endoteliales recubren el lumen de la aorta dorsal. Un subconjunto especializado de células endoteliales, el endotelio hemogénico, tiene el potencial de diferenciarse en células madre hematopoyéticas.
Se detectaron células madre hematopoyéticas ( HSC ) adheridas firmemente al endotelio ventral de la aorta dorsal. Se ha identificado que estas células se originan a partir del endotelio hematopoyético, un precursor de los linajes hematopoyético y endotelial. Aquí es donde las HSC se diferencian del revestimiento endotelial de la aorta dorsal. La VE-cadherina, un marcador específico para las células endoteliales, se encuentra en el lado luminal del endotelio aórtico. Las células agrupadas en la pared de la aorta dorsal también expresaron VE-cadherina, así como CD34 , un marcador hematopoyético y endotelial común; y CD45 , un marcador presente en las células hematopoyéticas. Cuando estas células endoteliales especiales se cultivaron in vitro , pudieron generar células madre hematopoyéticas a una tasa mayor que las células de origen hematopoyético. Por lo tanto, la coexpresión de marcadores de superficie celular de ambos linajes sugiere que las células madre hematopoyéticas se diferencian de las células endoteliales de la aorta dorsal en la AGM.
La obtención de imágenes time-lapse de embriones vivos de pez cebra ha permitido visualizar la diferenciación del endotelio hematogénico en células madre hematopoyéticas. A partir de unas 30 horas después de la fecundación, unas horas antes de la aparición de las primeras dHSC, muchas células endoteliales del suelo aórtico comienzan a contraerse y a doblarse hacia el espacio subaórtico, lo que suele durar entre 1 y 2 horas. A continuación, estas células experimentan una nueva contracción a lo largo del eje mediolateral, uniendo a sus dos vecinas endoteliales laterales y liberando su contacto con ellas. La célula que emerge adopta una morfología redondeada y mantiene fuertes contactos con las células endoteliales rostrales y caudales para desplazarse a lo largo del eje del vaso. Las imágenes de microscopio electrónico muestran que estas células mantienen contactos a través de uniones estrechas. Una vez que estos contactos se disuelven, la célula, debido a su polaridad apical-base, se desplaza hacia el espacio subaórtico y, en consecuencia, coloniza otros órganos hematopoyéticos.
Se cree que las células endoteliales hemogénicas desempeñan un papel clave en la producción de AGM de las HSC. Las células endoteliales hemogénicas son células endoteliales específicas que expresan simultáneamente marcadores hematopoyéticos y endoteliales. Estas células endoteliales hemogénicas se activan , liberando su unión con las células endoteliales adyacentes y entrando en la circulación en un proceso conocido como "gemación". Esto ocurre en E9.5 en el embrión de ratón en desarrollo. A partir de aquí, las células endoteliales hemogénicas se convierten en HSC. Sin embargo, se desconoce la vía de señalización precisa implicada en la activación de las células endoteliales hemogénicas, pero se han implicado varias moléculas de señalización, entre ellas el óxido nítrico (NO), Notch 1 y Runx1.
Las vías de señalización implicadas en la activación de las células endoteliales hemogénicas AGM incluyen:
RUNX1 (también conocido como AML1) es un factor de transcripción que ha estado fuertemente implicado en la producción y activación de células endoteliales hemogénicas en el AGM. Los estudios de knock out de RUNX1 han demostrado una eliminación completa de la actividad hematopoyética definitiva en todos los tejidos fetales antes de la letalidad del embrión en E12. Los knock outs de RUNX1 también producen cambios morfológicos en el AGM, con un hacinamiento excesivo de células mesenquimales. A medida que las células mesenquimales se diferencian en células endoteliales, la ausencia de RUNX1 puede afectar la capacidad de las células mesenquimales para diferenciarse en células endoteliales hemogénicas. Esto explicaría el aumento en el número de células mesenquimales y la clara falta de células positivas para otros marcadores hematopoyéticos. Runx1 también ha sido implicado en la activación del endotelio hemogénico. Utilizando knockouts condicionales se demostró que la eliminación de la expresión de Runx1 en células endoteliales hemogénicas AGM, impidió la producción de HSCs. Los mismos experimentos también mostraron que una vez que se produjeron HSCs, Runx1 ya no era necesario produciendo ninguna desviación en la actividad de HSC en comparación con los controles. Además, cuando las células AGM de knockouts Runx1 se sometieron a transferencia retroviral in vitro para sobreexpresar Runx1, pudieron ser rescatadas y producir células hematopoyéticas definitivas. Esto sugiere que Runx1 juega un papel crítico en la vía de señalización para la activación de células hemogénicas y su producción a partir de células mesenquimales.
También se ha demostrado que la señalización del óxido nítrico desempeña un papel en la producción y activación de células endoteliales hemogénicas, posiblemente regulando la expresión de Runx1. El estrés absoluto del flujo sanguíneo activa los mecanorreceptores en el vaso sanguíneo para producir NO, lo que hace que la producción de NO dependa de la circulación. Esto se ve en los knockouts de Ncx1 , donde la incapacidad de desarrollar un latido cardíaco y la consiguiente falta de circulación dan como resultado una regulación negativa de Runx1 y ninguna actividad hematopoyética en el AGM. Cuando los knockouts de Ncx1 reciben una fuente externa de NO, la actividad hematopoyética en el AGM regresa a niveles cercanos al tipo salvaje. Esto aísla la señalización de NO como el factor clave que controla la hematopoyesis, y no solo la presencia de circulación. Sin embargo, la cascada de señalización que vincula el NO con la expresión de Runx1 aún está por dilucidar. También se ha demostrado que la señalización de NO controla la motilidad de las células endoteliales al regular la expresión de las moléculas de adhesión celular ICAM-1 . Esto hace que sea probable que esté involucrado en la gemación de células endoteliales hemogénicas hacia la circulación. Como Runx1 también es crucial para la activación de las células endoteliales hemogénicas, es posible que el NO regule ambos efectos posteriores.
Notch1 es otra proteína que ha sido implicada en la vía de señalización para la producción de células hematopoyéticas. Los genes knockout de Notch1 presentan una hematopoyesis normal en el saco vitelino, pero no producen células hematopoyéticas en el AGM. Se ha demostrado en experimentos que la disminución de la expresión de Notch1 también afecta la expresión de Runx1, lo que resulta en su regulación negativa. Otros experimentos en los que se sobreexpresa Notch1 muestran grandes grupos de células hematopoyéticas definitivas que se desarrollan en el endotelio del AGM. Como la expresión de Runx1 es proporcional a la producción de células hematopoyéticas, estos resultados sugieren que Notch1 también está involucrado en la regulación de Runx1.