$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Hematopoeza to proces wytwarzania wielu dojrzałych komórek krwi niezbędnych do przetrwania organizmu. Jest to kluczowy proces rozwojowy, który obejmuje różnicowanie się hematopoetycznych komórek macierzystych (HSC) w różne typy komórek o ograniczonym rozwoju, które składają się na dojrzałą krew. Te HSC muszą się samoodnawiać, aby system nigdy nie został wyczerpany i muszą trwać od wczesnego rozwoju embrionalnego aż do śmierci. U kręgowców konieczne jest ciągłe różnicowanie i proliferacja hematopoetycznych komórek macierzystych i progenitorowych (HSPC), aby odpowiednio uzupełnić większość komórek krwi, które są postmitotyczne i poddawane recyklingowi każdego dnia. HSC wytwarzają dojrzałe komórki krwi, najpierw różnicując się w podzbiory ograniczonych komórek progenitorowych; powszechne komórki progenitorowe limfoidalne (CLPs)1, które ostatecznie wytwarzają komórki T, B i NK, oraz wspólne komórki progenitorowe szpiku (CMPs)2, które generują granulocyty, erytrocyty, makrofagi i megakariocyty. Ci przodkowie są zaangażowani w generowanie określonych linii komórkowych i dalej różnicują się w bardziej ograniczone rozwojowo komórki progenitorowe, takie jak mieloidalne erytroidalne komórki progenitorowe (MEP), które generują erytrocyty i płytki krwi, lub progenitory makrofagów granulocytów (GMP), które generują bazofile, eozynofile, neutrofile i makrofagi2. Identyfikacja i wyizolowanie tych komórek progenitorowych pozwala na identyfikację ważnych szlaków molekularnych zaangażowanych w różnicowanie układu krwiotwórczego, a wiele chorób układu krwiotwórczego, takich jak białaczka, powstaje, gdy te komórki progenitorowe nie różnicują się prawidłowo.
W ciągu ostatnich kilku dekad, system modelowy danio pręgowanego (Danio rerio) stał się kluczowym narzędziem badawczym dla badań nad embrionalnymi i dorosłymi krwiotwórczymi. Danio pręgowany jest podatny na analizę genetyczną i jest filogenetycznie najniższym modelowym gatunkiem kręgowców, który ma podobny układ naczyniowy i krwiotwórczy do ludzi. Zarodki danio pręgowanego rozwijają się ex utero i w ciągu 48 godzin po zapłodnieniu (hpf) generują HSPCs3,4,5,6,7,8. Danio pręgowany jest również bardzo płodny, a samice składają ponad 100 jaj w jednym lęgu, co pozwala na duże rozmiary próbek i replikację eksperymentalną. Zarodki danio pręgowanego są optycznie przezroczyste, co pozwala na mikroskopową wizualizację układu krwiotwórczego. Kilka fluorescencyjnych linii transgenicznych danio pręgowanego oznaczających HSC, takich jak runx1:EGFP fish9, cd41:EGFP fish10 i kdrl:mCherry; cmyb:GFP3 podwójnie dodatnie zwierzęta, pozwalają na wizualizację na żywo, w czasie rzeczywistym, pojawienia się i ekspansji HSC in vivo3,4,7,8,9. Szybki czas generacji i rozwoju danio pręgowanego ex utero doprowadził do jego wykorzystania w badaniach mutagenezy11,12,13,14,15 i badania przesiewowe leków16,17,18,19,20 dla związków, które są obiecujące terapeutycznie w leczeniu chorób krwi ludzkiej. Ogólnie rzecz biorąc, zachowanie układu krwiotwórczego, obecność i łatwy rozwój linii transgenicznych oraz szybki czas regeneracji sprawiły, że danio pręgowany jest niedrogim, szybkim, elastycznym i idealnym modelem do badań krwiotwórczych.
Liczne metody izolowania i testowania HSC zostały opracowane w układach krwiotwórczych ssaków. Badacze mogą wykorzystać kombinację receptorów na powierzchni komórki do oznaczania HSCs21,22,23,24, a także wykorzystać zdolność HSC do wypływu barwnika25,26. Po ich znakowaniu, sortowanie komórek aktywowane fluorescencją (FACS) umożliwia ich fizyczną separację. Udowodnienie, że komórka jest HSC, wymaga napromieniowania zwierzęcia gospodarza w celu zniszczenia endogennych HSPC, przeszczepienia przypuszczalnych HSC i obserwacji długotrwałej, wieloliniowej rekonstytucji wszystkich dojrzałych typów komórek krwi. Testy te działają dobrze u myszy, ponieważ istnieją liczne przeciwciała na powierzchni komórek przeciwko komórkom hematopoetycznym i wsobnym szczepom myszy, które ułatwiają dopasowanie immunologiczne do przeszczepu. Wygenerowano jednak niewiele przeciwciał na powierzchni komórek krwiotwórczych danio pręgowanego27, co utrudnia identyfikację i izolację HSC. Najczęstszym sposobem oznaczania i izolowania HSC danio pręgowanego są zwierzęta transgeniczne, w których specyficzna dla komórki sekwencja promotora napędza ekspresję białka fluorescencyjnego. W badaniach zwizualizowano i wyliczono HSC w brzusznej ścianie aorty grzbietowej za pomocą mikroskopii z wykorzystaniem tej techniki3,4,8,9. Inne laboratoria wygenerowały klonalne szczepy danio pręgowanego28,29 i przeprowadziły udane przeszczepy u zwierząt dopasowanych do MHC30. Jednak techniki te są zbyt kosztowne dla wielu laboratoriów, są trudne technicznie i czasochłonne. Aby rozwiązać te problemy, laboratoria przeprowadziły kilka testów in vitro w celu zbadania obecności, tempa proliferacji i zdolności różnicowania HSPCs31,32,33,34,35,36. Testy te pokazują proliferację i zróżnicowanie HSPC in vitro31,32,33,34,35,36, ratowanie wad krwiotwórczych36, oraz skuteczna metoda wykrywania i testowania cytokin33,34,35. Zostały one również wykorzystane do identyfikacji genów odpowiedzialnych za biologię HSPC 31,32. W tym badaniu idziemy o krok dalej, umożliwiając ilościowe określenie HSPC w rozwijającym się zarodku danio pręgowanego. Testy te można również wykorzystać do ilościowego określenia liczby HSPC u zwierząt ze mutacjami i zwierząt leczonych lekami zaburzającymi układ krwiotwórczy. Zasadniczo testy te są szybkie, stanowią niewiele wyzwań technicznych i są niedrogimi sposobami ilościowego określania liczb HSPC, badania ich proliferacji i badania bloków różnicowania.