Hematopoietic stem cell transplantation (HSCT) remains an indispensable therapeutic strategy for various hematological diseases. This review discusses the pivotal role of bone marrow (BM) niches in influencing the efficacy of HSCT and evaluates the current animal models, emphasizing their limitations and the need for alternative models. Traditional animal models, mainly murine xenograft, have provided significant insights, but due to species-specific differences, are often constrained from accurately mimicking human physiological responses. These limitations highlight the importance of developing alternative models that can more realistically replicate human hematopoiesis. Emerging models that include BM organoids and BM-on-a-chip microfluidic systems promise enhanced understanding of HSCT dynamics. These models aim to provide more accurate simulations of the human BM microenvironment, potentially leading to improved preclinical assessments and therapeutic outcomes. This review highlights the complexities of the BM niche, discusses the limitations of current models, and suggests directions for future research using advanced model systems.
Despite high interests on microenvironmental regulation of leukemic cells, little is known for bone marrow (BM) niche in leukemia patients. Our recent study on BMs of acute myeloid leukemia (AML) patients showed that the mesenchymal stromal cells (MSCs) are altered during leukemic conditions in a clinical course-dependent manner. Leukemic blasts caused reprogramming of transcriptomes in MSCs and remodeling of niche cross-talk, selectively suppressing normal primitive hematopoietic cells while supporting leukemogenesis and chemo-resistance. Notably, differences in BM stromal remodeling were correlated to heterogeneity in subsequent clinical courses of AML, i.e., low numbers of mesenchymal progenitors at initial diagnosis were correlated to complete remission for 5-8 years, and high contents of mesenchymal progenitor or MSCs correlated to early or late relapse, respectively. Thus, stromal remodeling by leukemic cell is an intrinsic part of leukemogenesis that can contribute to the clonal dominance of leukemic cells over normal hematopoietic cells, and can serve as a biomarker for prediction of prognosis. [BMB Reports 2015; 48(8): 427-428]
Lee, Won Jong;Park, Seong Hyun;Park, Jun Hee;Oh, Seong Hwan;Lee, Dongjun
Journal of Life Science
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v.32
no.6
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pp.468-475
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2022
The functional distinction between stem and progenitor cells is well established in several tissues, particularly in the blood. There, hematopoietic stem cells preserve their self-renewal potential and reconstitution ability in the bone marrow niche. Bone marrow represents a unique setting in which to examine how stroma influences tissue function. It was the setting in which the experimental definition of a niche was first provided in mammalian stem cell biology and where clear evidence for non-cell-autonomous oncogenesis was first defined. The relationship between bone and blood is ancient as all animals since the divergence of fish that have bones and blood, make blood in their bones. This long coevolution engendered complex interrelationships, including the first proposed and first experimentally defined niche for stem cells in mammals. Multiple bone marrow stromal cell types serve as regulators of hematopoiesis, and the dysfunction of some causes myelodysplasia and leukemia. However, no comprehensive atlas of stromal subpopulations exists. Therefore, we think these data point to something of importance, such as how the needs and challenges of the organism become translated down to distinct cell types that critically govern specific functions within tissues and do so at the level of a single molecule. We think this will be of broad interest to those focusing on systems biology and the physiology of organisms, particularly those seeking a molecular basis for understanding cell and tissue behavior. We summarized the current and emerging concepts of hematopoietic stem cells and bone marrow niche.
Cheong-Whan Chae;Gun Choi;You Ji Kim;Mingug Cho;Yoo-Wook Kwon;Hyo-Soo Kim
BMB Reports
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v.56
no.9
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pp.482-487
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2023
Hematopoiesis is regulated by crosstalk between long-term repopulating hematopoietic stem cells (LT-HSCs) and supporting niche cells in the bone marrow (BM). Here, we describe the role of KAI1, which is mainly expressed on LT-HSCs and rarely on other hematopoietic stem-progenitor cells (HSPCs), in niche-mediated LT-HSC maintenance. KAI1 activates TGF-β1/Smad3 signal in LT-HSCs, leading to the induction of CDK inhibitors and inhibition of the cell cycle. The KAI1-binding partner DARC is expressed on macrophages and stabilizes KAI1 on LT-HSCs, promoting their quiescence. Conversely, when DARC+ BM macrophages were absent, the level of surface KAI1 on LT-HSCs decreases, leading to cell-cycle entry, proliferation, and differentiation. Thus, KAI1 acts as a functional surface marker of LT-HSCs that regulates dormancy through interaction with DARC-expressing macrophages in the BM stem cell niche. Recently, we showed very special and rare macrophages expressing α-SMA+ COX2+ & DARC+ induce not only dormancy of LT-HSC through interaction of KAI1-DARC but also protect HSCs by down-regulating ROS through COX2 signaling. In the near future, the strategy to combine KAI1-positive LT-HSCs and α-SMA/Cox2/DARC triple-positive macrophages will improve the efficacy of stem cell transplantation after the ablative chemo-therapy for hematological disorders including leukemia.
Bone marrow stromal cells, a constituent of the niche for hematopoietic stem cells in bone marrow, provide various factors involved in the fate decision of the hematopoietic stem and progenitor cells. Radiation, a widely used anti-cancer therapy, provokes side effects including the damage of the blood cells. Therefore, it is necessary to recover the blood cells shortly after radiation via promoting the differentiation of hematopoietic cells. In this study, we screened genes modulated by radiation in human bone marrow stromal cells in order to understand the mechanism involved in hematopoiesis after radiation. We performed differential display method by using polymerase chain reaction(PCR) and agarose gel electrophoresis. We found plasminogen activator inhibitor-1(PAI-1) was consistently induced by radiation. The significance of the PAI-1 gene modulation is to be determined.
Drosophila melanogaster lymph gland, the primary site of hematopoiesis, contains myeloid-like progenitor cells that differentiate into functional hemocytes in the circulation of pupae and adults. Fly hemocytes are dynamic and plastic, and they play diverse roles in the innate immune response and wound healing. Various hematopoietic regulators in the lymph gland ensure the developmental and functional balance between progenitors and mature blood cells. In addition, systemic factors, such as nutrient availability and sensory inputs, integrate environmental variabilities to synchronize the blood development in the lymph gland with larval growth, physiology, and immunity. This review examines the intrinsic and extrinsic factors determining the progenitor states during hemocyte development in the lymph gland and provides new insights for further studies that may extend the frontier of our collective knowledge on hematopoiesis and innate immunity.
CD82/KAI1, identified as a metastasis suppressor, was initially known only as a molecular facilitator, but its various functions have recently been revealed. CD82 plays an important role in the stem-progenitor cell, angiogenesis, and muscle. We would like to introduce the recently reported functions and roles of CD82 in this review. CD82 is a member of the tetraspanin family, which consists of four transmembrane domains. The interaction between CD82 and cell adhesion molecules suppresses the metastasis of cancer. CD82 regulates the cell cycle of stem-progenitor cells in the stem cell niche. In the bone marrow, CD82 is expressed on long-term repopulating hematopoietic stem cells (LT-HSCs), which show multipotent differentiation potential. The interaction between CD82 and Duffy antigen receptor for chemokines (DARC) induces quiescence in LT-HSCs. CD82 also regulates Rac1 activity, resulting in the homing and engraftment of HSCs into the bone marrow niche. Besides, CD82 maintains the differentiation potential of muscle stem cells and prevents angiogenesis by inhibiting the expression of cytokines, such as IL-6 and VEGF and adhesion molecules in endothelial cells. CD82 is a key membrane protein that distinguishes the hierarchy of stem-progenitor cells, and is also important for amplification and verification of cellular resources. Further studies on the function of CD82 in various organs and cells are expected to advance cell biology and cell therapy.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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