samenvatting celfysiologie
Hoofdstuk 1: inleiding
1.1. van cel naar weefsel
alle celtypes uit ons lichaam komen uit de 3 kiembladen die ontstaan tijdens de
zwangerschap
weefsel: bestaat uit cellen die de specifieke functie van het weefsel definiëren, en een groep
cellen die generieke eigenschappen aan het weefsel geven: structurele stabiliteit, voedsel en
afval-afvoer, informatie vanuit en naar het CNS
vb.: maag: heeft een zure pH→ epitheelcellen in epitheelcellen gaan zuur secreteren in de
maag en gaan zo verteringssappen vormen bij vertering
⇒ verschillende celtypes komen samen en vormen zo een functioneel celtype
cellen van de hartspier:
→ in hartspier komen minstens 10 verschillende celtypes voor, maar 30% is spier
→ spiercel is niet het dominante celtype van de hartspier: er komen ook nog andere celtypes
voor zoals endotheelcellen, fibroblasten, myeloid cellen, lymphoidcellen…
→ workflow van single cell transcriptoom: technische mogelijkheid om van eender welk
weefsel op single cell niveau het genoom te bepalen→ maakt het mogelijk om celtypes te
differentiëren
1.2. celtypes in ons lichaam
- spieren-neuronen
- bindweefsel: breed begrip voor het milieu dat een weefsel omvat en stabiliteit geeft→
bevat verschillende types van bindweefselcellen
→ in kankertherapie is de fibroblastcel de target (underrated cel)
Cellen zijn de bouwstenen van ons lichaam. De dominante cellen in ons lichaam die met de
grootste aanwezigheid aanwezig zijn, zijn de rode bloedcellen.
→ als we kijken naar biomassa, zijn de spieren de grootste fractie
1.3. Stamcellen
Cellen in een volwassen weefsel zijn eind-gedifferentieerd: ze hebben een identiteit en die
behouden ze normaal gezien ook. Ze prolifereren zeer traag of helemaal niet. Deze stabiliteit
is afhankelijk van mechanismen voor cel-cel communicatie, cel-adhesie en cel-geheugen.
Een speciaal geval zijn stamcellen. Stamcellen zijn de bron van nieuwe cellen. Uit
stamcellen ontstaan gespecialiseerde celtypes.
Eigenschappen van een stamcel:
- pluripotentie: ze hebben nog geen echte identiteit en kunnen tot verschillende
celtypes uitgroeien
- self-renewal: het zijn actief delende cellen, die prolifereren onder invloed van
groeifactoren, waardoor er steeds een pool van ‘jonge cellen’ blijft bestaan.
prolifereren= meer cellen vormen
,Er zijn embryonale stamcellen en adulte stamcellen:
- embryonale stamcellen: cellen van de binnenste celmassa in de blastocyst. Daarin
zijn bovenstaande eigenschappen het meest uitgesproken
- adulte stamcellen: zijn al enigszins gespecialiseerde cellen, die meestal in de
nabijheid van een gespecialiseerd weefseltype zich ophouden in een inactieve
toestand (quiescence). Ze geven het weefsel capaciteit voor groei en vernieuwing.
Door veroudering verdwijnt die capaciteit (senescence)
→ potentieel van vernieuwing gaat op gegeven moment verloren
stadia van proliferatie van stamcellen:
stamcellen→ progenitor cellen (zijn al in een bepaalde richting geduwd) → gedifferentieerde
cellen
volwassen stamcellen= somatische stamcellen → komen in heel kleine hoeveelheden voor
in weefsel en zijn dus ook moeilijk te onderzoeken
stamcellen in darmweefsel:
darmwand heeft poliepen of uitlopers: wand hiervan wordt gemaakt van epitheelcellen die
kunne absorberen of secreteren
cholera: ontstaat door problemen in secreterende epitheelcellen in de crypte van de villus
→ epitheelcellen bepalen functionaliteit van de darm, dus zijn heel belangrijk
→ epitheelcellen worden iedere week volledig vervangen: aan basis van villus heb je ee
reservoir aan stamcellen→ we krijgen migratie van epitheelcellen naar boven, zodat
epitheelcellen worden vervangen door nieuwe epitheelcellen die onderaan gevormd worden
activatie stamcellen→ gaa doorheen verschillende stadia en verschuiven tegelijk naar
boven→ stroom van cellen van beneden naar boven→ cellen die zich aa de tip van de villus
bevinden, worden afgebroken en dan dus vervangen door cellen die uit het diepste van het
weefsel komen
→ belangrijke signaalcascade is de Wnt pathway: komt in heel veel types van stamcellen
voor→ Wnt pathway is actief in crypte van cel villus, maar is hogerop niet meer aanwezig
waardoor stamcellen enkel prolifereren onderaan
→ als cellen hun eind gedifferentieerde toestand bereiken, dan stopt de Wnt pathway
Stralingsziekte: celdeling stopt bij grote plotse blootstelling aan nucleaire straling en darmen
hebben hier als eerste last van
colon kanker: belangrijke oorzaak hiervoor is abnormaliteit in de Wnt
pathway→ cellen gaan groeien op plekken waar ze niet horen te groeien→ ontstaan van
tumoren
Wnt signaling:
beta-catenine: belangrijke TF→ heeft een hele groep van genen onder hun controle
→ wordt in rustende cel constant afgebroken: er bestaat een destruction complex dat nodig
is om beta-catenine level constant laag te houden
→ Wnt pathway zorgt voor het tegenhouden van beta catenine afbraak
WNT proteïnen: kleine signaal proteïnen die worden gesecreteerd door diverse cellen. Er
bestaan een 20-tal varianten. Ze binden aan de Frizzles receptor die een complex vormt met
een co-receptor.
⇒ heel belangrijke signaaltransductiecascade
,Afwijkingen in Wnt signaling zijn een belangrijke oorzaak van uiteenlopende ziektes zoals
kanker, atherosclerose, haarverlies, neurodegeneratie…
Wnt signaling heeft verschillende transductie cascades:
Naast de klassieke signaalweg, kunnen de Wnt proteïnen ook andere signaalwegen
activeren, die specifieke aspecten van celproliferatie en differentiatie reguleren. Het
uiteindelijke effect van het WNT proteïnen op een cel is afhankelijk van welk signaal
proteïnen die cel tot expressie brengt en vaak combinatie van alle mogelijke signaalwegen
PCP (planar cel polarity): leidt tot het ontstaan van gepolariseerde epitheelcellen. C-Jun is
een belangrijke TF in deze signaalweg
Calcium pathway: via PLC ontstaat er een calcium signaal dat opnieuw verschillende TF
beïnvloedt, waaronder NFAT
stamcellen in beenmerg:
Hematopoëtische cellen in beenmerg zijn het type-voorbeeld van adulte stamcellen. Ze
zorgen voor de constante vorming van verschillende types van bloedcellen.
→ bevinden zich dicht bij haarvaten die in bot voorkomen
→ oiv groeifactoren zoals SCF, CXCL12 zullen zorgen dat er een constante stroom
aanwezig is van nieuwe bloedcellen
→ andere groeifactoren zoals EPO zullen de differentiatie van HSC cellen in specifieke
celtypes stimuleren
EPO: erythropoietine: zorgt dat deze stamcellen kunnen uitgroeien tot bloedcellen
erythropoiesis: vorming van rode bloedcellen
→ rode bloedcellen worden in het lichaam constant geproduceerd en afgebroken. Op die
manier is er een constante vernieuwing van de rode bloedcel-pool in het lichaam.
Verschillende peptide-hormonen spelen een belangrijke rol in dit proces (zoals EPO)
→ EPO wordt vrijgezet door cellen in de nier, oiv het zuurstofgehalte in het bloed.
→ te weinig EPO leidt tot bloedarmoede, te veel EPO leidt tot een te hoog aantal rode
bloedcellen (kan trombose induceren
EPO werkt via verschillende signaaltransductie cascades die kunnen inwerken op
verschillende kinases, of op transcriptie niveau waarbij TF’s worden geactiveerd.
(zie slide voor cascade)
satellietcellen in skeletspieren:
→ skeletspieren moeten kunnen groeien
→ bevinden zich in elke spierbundel van ons lichaam, die door een bepaalde stimulus
geactiveerd worden→ kunnen dan nieuwe cellen vormen, zodat de skeletspier bundel kan
groeien
→ aantal cellen in de spierbundel is vastgelegd bij je geboorte en is dus beperkt: bij training
gaan de individuele spiercellen groeien, omdat de stamcellen die gaan differentiëren tot
nieuwe cellen gaan fuseren met al bestaande spiercellen
hypertrofie= groeien van volume van individuele cellen
→ Pax7, Myf5, MyoD1, myogenin, myHC zijn belangrijke TF’s die doorheen de verschillende
stadia van differentiatie van satellietcellen tot spiercellen verschijnen. Op die manier wordt
een programma van transcriptie op gang gebracht waarbij de expressie van 100-en genen
, wordt geactiveerd of stilgelegd, zodat uiteindelijk alle proteïnen tot expressie komen die dee
identiteit 'skeletspiercel' definiëren.
spierpijn: grote hoeveelheden weefselschade→ satellietcellen worden dan geactiveerd een
zullen vervolgens door verschillende stadia van differentiatie gaan en dan fuseren met
bestaande spiercellen, waardoor je spier dikker wordt
De differentiatie van satellietcellen tot skeletspiercellen is een proces waarin verschillende
extracellulaire factoren een rol spelen. Een heel belangrijke is de Hepatocyte Growth
Factor (HGF). Een peptidehormoon dat satellietcellen activeert en doet delen. Het bindt aan
de c-Met receptor en activeert verschillende TF's. HGF wordt vrijgezet door fibroblasten. Het
speelt een erg belangrijke rol bij de ontwikkeling van diverse weefsels buiten spieren. Naast
HGF zijn er nog andere factoren belangrijk. Een interessante is myostatine. Dit is een
myokine dat door andere spiercellen wordt gesecreteerd.
Zonder myostatine groeien spieren excessief!
→ gaat groei van spieren tegenhouden
Induced pluripotent stem cells:
= cellen die geprogrammeerd zijn: je vertrekt vanuit een eind -gedifferentieerd celtype en
door activatie van verschillende TF’s, kun je ze reprogrammeren tot stamcellen
Hoofdstuk 2: cellen van het bindweefsel
bindweefsel= compartiment in weefsel waarin ontstekingsreacties doorgaan
→ immuuncellen worden hier naartoe getrokken en vervullen daar een rol
Elementair bindweefsel bestaat uit een netwerk van proteïne, vezels, vloeistof en cellen.
Extracellulaire matrix is de verzamelnaam voor de niet-cellulaire componenten van
bindweefsel. Belangrijke celtypes in bindweefsel zijn fibroblasten, mastcellen en andere
types van immuuncellen.
2.1. Extracellulaire matrix
bindweefsel: komt voor rond gespecialiseerde weefsels en heeft verschillende vormen
→ heel goed gekarakteriseerd in de context van spiercellen: rond epitheel zit een
bindweefsellaag bestaande uit verschillende cellen:
→ primair celtype + bindweefsel compartiment met andere celtypes die functie van
epitheelcellen versterkt en steun geeft aan het weefsel
extracellulaire matrix: verzamelnaam voor het niet-cellulair compartiment: verschillende
isovormen van collageen aanwezig
→ geven weefsel steun en stevigheid en dienen als iets waar epitheelcellen op
kunnen rusten (vb.: spieren: costameren)
→ geven identiteit aan weefsel, samenstelling van het ECM is namelijk
weefselspecifiek (verschillende soorten proteïne vezels)
opbouw spierbundel als voorbeeld van ECM als identiteit van weefsel:
→ verschillende hiërarchische lagen: individuele spiercellen liggen gegroepeerd in een
fascikel, de verschillende fascikels vormen een spierbundel
Hoofdstuk 1: inleiding
1.1. van cel naar weefsel
alle celtypes uit ons lichaam komen uit de 3 kiembladen die ontstaan tijdens de
zwangerschap
weefsel: bestaat uit cellen die de specifieke functie van het weefsel definiëren, en een groep
cellen die generieke eigenschappen aan het weefsel geven: structurele stabiliteit, voedsel en
afval-afvoer, informatie vanuit en naar het CNS
vb.: maag: heeft een zure pH→ epitheelcellen in epitheelcellen gaan zuur secreteren in de
maag en gaan zo verteringssappen vormen bij vertering
⇒ verschillende celtypes komen samen en vormen zo een functioneel celtype
cellen van de hartspier:
→ in hartspier komen minstens 10 verschillende celtypes voor, maar 30% is spier
→ spiercel is niet het dominante celtype van de hartspier: er komen ook nog andere celtypes
voor zoals endotheelcellen, fibroblasten, myeloid cellen, lymphoidcellen…
→ workflow van single cell transcriptoom: technische mogelijkheid om van eender welk
weefsel op single cell niveau het genoom te bepalen→ maakt het mogelijk om celtypes te
differentiëren
1.2. celtypes in ons lichaam
- spieren-neuronen
- bindweefsel: breed begrip voor het milieu dat een weefsel omvat en stabiliteit geeft→
bevat verschillende types van bindweefselcellen
→ in kankertherapie is de fibroblastcel de target (underrated cel)
Cellen zijn de bouwstenen van ons lichaam. De dominante cellen in ons lichaam die met de
grootste aanwezigheid aanwezig zijn, zijn de rode bloedcellen.
→ als we kijken naar biomassa, zijn de spieren de grootste fractie
1.3. Stamcellen
Cellen in een volwassen weefsel zijn eind-gedifferentieerd: ze hebben een identiteit en die
behouden ze normaal gezien ook. Ze prolifereren zeer traag of helemaal niet. Deze stabiliteit
is afhankelijk van mechanismen voor cel-cel communicatie, cel-adhesie en cel-geheugen.
Een speciaal geval zijn stamcellen. Stamcellen zijn de bron van nieuwe cellen. Uit
stamcellen ontstaan gespecialiseerde celtypes.
Eigenschappen van een stamcel:
- pluripotentie: ze hebben nog geen echte identiteit en kunnen tot verschillende
celtypes uitgroeien
- self-renewal: het zijn actief delende cellen, die prolifereren onder invloed van
groeifactoren, waardoor er steeds een pool van ‘jonge cellen’ blijft bestaan.
prolifereren= meer cellen vormen
,Er zijn embryonale stamcellen en adulte stamcellen:
- embryonale stamcellen: cellen van de binnenste celmassa in de blastocyst. Daarin
zijn bovenstaande eigenschappen het meest uitgesproken
- adulte stamcellen: zijn al enigszins gespecialiseerde cellen, die meestal in de
nabijheid van een gespecialiseerd weefseltype zich ophouden in een inactieve
toestand (quiescence). Ze geven het weefsel capaciteit voor groei en vernieuwing.
Door veroudering verdwijnt die capaciteit (senescence)
→ potentieel van vernieuwing gaat op gegeven moment verloren
stadia van proliferatie van stamcellen:
stamcellen→ progenitor cellen (zijn al in een bepaalde richting geduwd) → gedifferentieerde
cellen
volwassen stamcellen= somatische stamcellen → komen in heel kleine hoeveelheden voor
in weefsel en zijn dus ook moeilijk te onderzoeken
stamcellen in darmweefsel:
darmwand heeft poliepen of uitlopers: wand hiervan wordt gemaakt van epitheelcellen die
kunne absorberen of secreteren
cholera: ontstaat door problemen in secreterende epitheelcellen in de crypte van de villus
→ epitheelcellen bepalen functionaliteit van de darm, dus zijn heel belangrijk
→ epitheelcellen worden iedere week volledig vervangen: aan basis van villus heb je ee
reservoir aan stamcellen→ we krijgen migratie van epitheelcellen naar boven, zodat
epitheelcellen worden vervangen door nieuwe epitheelcellen die onderaan gevormd worden
activatie stamcellen→ gaa doorheen verschillende stadia en verschuiven tegelijk naar
boven→ stroom van cellen van beneden naar boven→ cellen die zich aa de tip van de villus
bevinden, worden afgebroken en dan dus vervangen door cellen die uit het diepste van het
weefsel komen
→ belangrijke signaalcascade is de Wnt pathway: komt in heel veel types van stamcellen
voor→ Wnt pathway is actief in crypte van cel villus, maar is hogerop niet meer aanwezig
waardoor stamcellen enkel prolifereren onderaan
→ als cellen hun eind gedifferentieerde toestand bereiken, dan stopt de Wnt pathway
Stralingsziekte: celdeling stopt bij grote plotse blootstelling aan nucleaire straling en darmen
hebben hier als eerste last van
colon kanker: belangrijke oorzaak hiervoor is abnormaliteit in de Wnt
pathway→ cellen gaan groeien op plekken waar ze niet horen te groeien→ ontstaan van
tumoren
Wnt signaling:
beta-catenine: belangrijke TF→ heeft een hele groep van genen onder hun controle
→ wordt in rustende cel constant afgebroken: er bestaat een destruction complex dat nodig
is om beta-catenine level constant laag te houden
→ Wnt pathway zorgt voor het tegenhouden van beta catenine afbraak
WNT proteïnen: kleine signaal proteïnen die worden gesecreteerd door diverse cellen. Er
bestaan een 20-tal varianten. Ze binden aan de Frizzles receptor die een complex vormt met
een co-receptor.
⇒ heel belangrijke signaaltransductiecascade
,Afwijkingen in Wnt signaling zijn een belangrijke oorzaak van uiteenlopende ziektes zoals
kanker, atherosclerose, haarverlies, neurodegeneratie…
Wnt signaling heeft verschillende transductie cascades:
Naast de klassieke signaalweg, kunnen de Wnt proteïnen ook andere signaalwegen
activeren, die specifieke aspecten van celproliferatie en differentiatie reguleren. Het
uiteindelijke effect van het WNT proteïnen op een cel is afhankelijk van welk signaal
proteïnen die cel tot expressie brengt en vaak combinatie van alle mogelijke signaalwegen
PCP (planar cel polarity): leidt tot het ontstaan van gepolariseerde epitheelcellen. C-Jun is
een belangrijke TF in deze signaalweg
Calcium pathway: via PLC ontstaat er een calcium signaal dat opnieuw verschillende TF
beïnvloedt, waaronder NFAT
stamcellen in beenmerg:
Hematopoëtische cellen in beenmerg zijn het type-voorbeeld van adulte stamcellen. Ze
zorgen voor de constante vorming van verschillende types van bloedcellen.
→ bevinden zich dicht bij haarvaten die in bot voorkomen
→ oiv groeifactoren zoals SCF, CXCL12 zullen zorgen dat er een constante stroom
aanwezig is van nieuwe bloedcellen
→ andere groeifactoren zoals EPO zullen de differentiatie van HSC cellen in specifieke
celtypes stimuleren
EPO: erythropoietine: zorgt dat deze stamcellen kunnen uitgroeien tot bloedcellen
erythropoiesis: vorming van rode bloedcellen
→ rode bloedcellen worden in het lichaam constant geproduceerd en afgebroken. Op die
manier is er een constante vernieuwing van de rode bloedcel-pool in het lichaam.
Verschillende peptide-hormonen spelen een belangrijke rol in dit proces (zoals EPO)
→ EPO wordt vrijgezet door cellen in de nier, oiv het zuurstofgehalte in het bloed.
→ te weinig EPO leidt tot bloedarmoede, te veel EPO leidt tot een te hoog aantal rode
bloedcellen (kan trombose induceren
EPO werkt via verschillende signaaltransductie cascades die kunnen inwerken op
verschillende kinases, of op transcriptie niveau waarbij TF’s worden geactiveerd.
(zie slide voor cascade)
satellietcellen in skeletspieren:
→ skeletspieren moeten kunnen groeien
→ bevinden zich in elke spierbundel van ons lichaam, die door een bepaalde stimulus
geactiveerd worden→ kunnen dan nieuwe cellen vormen, zodat de skeletspier bundel kan
groeien
→ aantal cellen in de spierbundel is vastgelegd bij je geboorte en is dus beperkt: bij training
gaan de individuele spiercellen groeien, omdat de stamcellen die gaan differentiëren tot
nieuwe cellen gaan fuseren met al bestaande spiercellen
hypertrofie= groeien van volume van individuele cellen
→ Pax7, Myf5, MyoD1, myogenin, myHC zijn belangrijke TF’s die doorheen de verschillende
stadia van differentiatie van satellietcellen tot spiercellen verschijnen. Op die manier wordt
een programma van transcriptie op gang gebracht waarbij de expressie van 100-en genen
, wordt geactiveerd of stilgelegd, zodat uiteindelijk alle proteïnen tot expressie komen die dee
identiteit 'skeletspiercel' definiëren.
spierpijn: grote hoeveelheden weefselschade→ satellietcellen worden dan geactiveerd een
zullen vervolgens door verschillende stadia van differentiatie gaan en dan fuseren met
bestaande spiercellen, waardoor je spier dikker wordt
De differentiatie van satellietcellen tot skeletspiercellen is een proces waarin verschillende
extracellulaire factoren een rol spelen. Een heel belangrijke is de Hepatocyte Growth
Factor (HGF). Een peptidehormoon dat satellietcellen activeert en doet delen. Het bindt aan
de c-Met receptor en activeert verschillende TF's. HGF wordt vrijgezet door fibroblasten. Het
speelt een erg belangrijke rol bij de ontwikkeling van diverse weefsels buiten spieren. Naast
HGF zijn er nog andere factoren belangrijk. Een interessante is myostatine. Dit is een
myokine dat door andere spiercellen wordt gesecreteerd.
Zonder myostatine groeien spieren excessief!
→ gaat groei van spieren tegenhouden
Induced pluripotent stem cells:
= cellen die geprogrammeerd zijn: je vertrekt vanuit een eind -gedifferentieerd celtype en
door activatie van verschillende TF’s, kun je ze reprogrammeren tot stamcellen
Hoofdstuk 2: cellen van het bindweefsel
bindweefsel= compartiment in weefsel waarin ontstekingsreacties doorgaan
→ immuuncellen worden hier naartoe getrokken en vervullen daar een rol
Elementair bindweefsel bestaat uit een netwerk van proteïne, vezels, vloeistof en cellen.
Extracellulaire matrix is de verzamelnaam voor de niet-cellulaire componenten van
bindweefsel. Belangrijke celtypes in bindweefsel zijn fibroblasten, mastcellen en andere
types van immuuncellen.
2.1. Extracellulaire matrix
bindweefsel: komt voor rond gespecialiseerde weefsels en heeft verschillende vormen
→ heel goed gekarakteriseerd in de context van spiercellen: rond epitheel zit een
bindweefsellaag bestaande uit verschillende cellen:
→ primair celtype + bindweefsel compartiment met andere celtypes die functie van
epitheelcellen versterkt en steun geeft aan het weefsel
extracellulaire matrix: verzamelnaam voor het niet-cellulair compartiment: verschillende
isovormen van collageen aanwezig
→ geven weefsel steun en stevigheid en dienen als iets waar epitheelcellen op
kunnen rusten (vb.: spieren: costameren)
→ geven identiteit aan weefsel, samenstelling van het ECM is namelijk
weefselspecifiek (verschillende soorten proteïne vezels)
opbouw spierbundel als voorbeeld van ECM als identiteit van weefsel:
→ verschillende hiërarchische lagen: individuele spiercellen liggen gegroepeerd in een
fascikel, de verschillende fascikels vormen een spierbundel
