Studies on myeloid differentiation: cytokine influence and identification of a novel marker gene

Abstract

Hematopoiesis is a highly complex process by which a range of specialized blood cells are generated from a small pool of multipotent stem cells in the bone marrow. The survival, proliferation, and differentiation of hematopoietic stem cells are tightly regulated by both soluble and membrane-bound cytokines produced within the bone marrow microenvironment. Kit Ligand (KL) and Flt3 Ligand (FL) are two important hematopoietic cytokines, and signal via related tyrosine kinase receptors; c-kit and flt3. The first part of this thesis is focused on the influence of KL and FL on differentiation of a stem and progenitor cell-enriched cell population (c-kit+Lin- cells), isolated from mouse bone marrow. We found that KL and FL have different effects, and favor development of granulocytic and monocytic cells, respectively. A clear discrepancy was also seen on the expansion of multilineage progenitors (pre-CFCmulti) and granulocyte/macrophage colony-forming progenitors (CFC-G/M) which was strongly favored by KL. Furthermore, FL induced development of a biphenotypic cell population coexpressing monocytic and B-cell characteristics, restricted to the macrophage lineage. The second part of this thesis, describes the identification and characterization of a novel myeloid-associated differentiation marker gene (MYADM) which is preferentially expressed in myeloid cells, but absent in B and T lymphocytes. The predicted 32-kDa protein contains eight transmembrane domains and localizes to intracellular membranes. Although, the function of MYADM is unknown, antisense oligonucleotides inhibit colony formation of c-kit+Lin- cells, suggesting an important role for MYADM in myeloid differentiation. To gain further insight into the transcriptional control of the MYADM gene, we have analyzed a 1.5-kb sequence upstream the transcription start site for promoter activity in myeloid and lymphoid cells. We conclude that the sequence analyzed in this study does not confer the promoter tissue-specificity, thus additional regulatory elements may be located outside the region upon which this study has concentrated.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

POPULÄRVETENSKAPLIG SAMMANFATTNING PÅ SVENSKA



I blodet finns en mängd olika celltyper som alla har sin specifika funktion. De röda blodkropparna (erytrocyterna), transporterar livsnödvändigt syre till kroppens alla vävnader. De vita blodkropparna (leukocyterna), vilka inkluderar lymfocyter, monocyter och granulocyter, deltar i kroppens immunförsvar och skyddar kroppen mot främmande inkräktare såsom virus och olika mikroorganismer. De flesta blodceller har en mycket kort livslängd, vilket förutsätter en ständig nyproduktion. Varje dag produceras ungefär en miljard nya blodceller i kroppen. Blodbildningen (hematopoesen) sker i benmärgen från blodstamceller som är multipotenta, dvs. har en unik förmåga att ge upphov till alla de olika typerna av blodceller. Dessutom kan stamcellerna genom celldelning ge upphov till nya stamceller, vilket är en mycket viktig egenskap för att blodproduktionen i benmärgen ska kunna bibehållas livet ut. Utvecklingen av stamceller mot specialiserade blodceller sker genom en stegvis mognadsprocess som kallas differentiering.



Produktionen av blodceller regleras av tillväxtfaktorer (cytokiner) som binder till specifika mottagarmolekyler (receptorer) på cellytan. När en tillväxtfaktor binder till en receptor skickar denna signaler in i cellkärnan där s.k. transkriptionsfaktorer aktiveras. Transkriptionsfaktorerna binder till DNA och styr på så sätt uttrycket (sätter på/stänger av) av olika gener, vilka i sin tur stimulerar cellen att börja dela sig. Olika tillväxtfaktorer är viktiga för olika typer av blodceller och har även visat sig kunna påverka stamcellernas val av differentieringsväg mot en speciell typ av blodcell.



En ökad kunskap om vilka faktorer som styr blodstamcellernas tillväxt och utmognad är viktig för att kunna expandera stamceller in vitro, dvs. i odlingsflaskor på laboratoriet, tex. inför benmärgstransplantationer. Ett annat viktigt mål är att kartlägga de gener som styr stamcellernas utveckling mot mogna blodceller, för att förstå hur olika leukemier uppkommer. Leukemier kännetecknas av en blockering i differentieringsprocessen och en ökad celltillväxt, vilket leder till en ansamling av omogna blodceller i benmärgen på bekostnad av friska och normalt växande blodceller.



Syftet med den här avhandlingen har varit att undersöka hur cytokiner påverkar tillväxt och differentiering av s.k. förstadieceller, samt att identifiera nya gener som är involverade i utmognaden av myeloida celler, dvs. monocyter och granulocyter. I delarbete I och II har jag studerat effekten av två cytokiner, Kit Ligand (KL) och Flt3 Ligand (FL), på en stamcellsanrikad cellpopulation från musbenmärg och funnit att KL driver utmognaden mot granulocyter medan FL styr utvecklingen mot monocyter. Dessutom har KL, i motsats till FL, förmåga att bibehålla och expandera en tidig multipotent förstadiecell som kan ge upphov till flera olika sorters myeloida celler. Vidare har vi funnit att i närvaro av FL utvecklas en bifenotypisk cellpopulation som samtidigt uttrycker både B-cells specifika och monocytära egenskaper. Sådana celler påträffas normalt inte i benmärgen men kan påvisas vid akuta leukemier hos bl.a. barn. Dessa fynd stärker de rapporter som under senare år föreslagit att monocyter och B lymfocyter utvecklingsmässigt ligger närmare varandra än man tidigare trott samt att FL troligen spelar en mycket stor roll för utvecklingen av sk. bifenotypiska celler.



Delarbete III och IV beskriver karaktäriseringen av en ny gen som isolerats av vår grupp och som i benmärgen visat sig vara specifikt uttryckt i myeloida celler. Genen, som vi valt att kalla MYADM (myeloid-associated differentiation marker gene), uttrycks i blodstamceller och uppregleras kraftigt när dessa differentierar mot myeloida celler. Data-analys av genens sekvens och lokaliseringsstudier föreslår att MYADM bildar ett protein som sitter i intracellulära membran. Även om funktionen av MYADM fortfarande är okänd så har vi visat att inhibition av genen märkbart reducerar tillväxten av myeloida förstadieceller, vilket tyder på att den har stor betydelse för myeloid differentiering. På grund av avsaknaden av MYADM i lymfoida celler kan genen komma att användas för att studera och förstå skillnader i hur gener regleras i myeloida respektive lymfoida celler. I delarbete IV har vi därför isolerat den DNA-region (s.k. promotor) som styr uttrycket av MYADM genen. Genom att stycka upp denna region i bitar har vi identifierat ett fragment som uppvisar maximal promotor aktivitet i myeloida celler. Eftersom samma fragment uppvisar aktivitet även i lymfoida celler tyder detta på att ytterligare gen-sekvenser måste finnas som svarar för det myeloid-specifika genuttrycket av MYADM. Trots att regleringen av MYADM förblir ofullständigt känd, utgör arbetet en grund för fortsatta karaktäriseringsstudier.

• author: Dannaeus, Karin
• supervisor: [unknown] [unknown]
• opponent: Dr Cross, Michael A.
• organization: Department of Translational Medicine
• publishing date: 2000
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Cancer and Oncology
• keywords: extracellular fluids, Haematology, MYADM, stem cell factor, Flt3 ligand, Hematopoiesis, Hematologi, extracellulära vätskor
• pages: 127 pages
• defense location: Wallenberg laboratory, University Hospital MAS
• defense date: 2000-10-06 13:15:00
• ISBN: 91-628-4321-4
• language: English
• LU publication?: yes
• additional info: The information about affiliations in this record was updated in December 2015. The record was previously connected to the following departments: Molecular Medicine (013031200)
• id: b70208e5-3ac8-4793-9adf-1a1581704eda (old id 40729)
• date added to LUP: 2016-04-04 11:20:43
• date last changed: 2018-11-21 21:04:13