Normal and cancer stem cells and their niche

Komórki macierzyste stanowią jedną z wielu rodzajów komórek obecnych w organizmie. Dzięki zdolności do samoodnowy i różnicowania, odgrywają istotną rolę na wielu etapach rozwoju. We wczesnym zarodku są prekursorami wszystkich listków zarodkowych, zaś w późniejszych etapach życia stanowią bazę dla regeneracji dorosłych już tkanek i narządów. Sposób w jaki dzielą się komórki macierzyste jest ich cechą charakterystyczną. Podziały asymetryczne pozwalają na ciągłe odnawianie ich puli i zachowanie „macierzystości”. Istnieje wiele typów komórek macierzystych i dzieli się je głównie ze względu na ich potencjał do różnicowania oraz pochodzenie. Termin „komórka macierzysta” przypisany jest do komórek prawidłowych. Natomiast każda komórka prawidłowa może przekształcić się w komórkę określaną mianem komórki macierzystej nowotworowej. Komórki te można znaleźć w większości guzów litych i uważa się, że odgrywają kluczową rolę w tworzeniu przerzutów. Każda komórka macierzysta zarówno prawidłowa, jak i nowotworowa przebywa w specyficznym dla siebie mikrośrodowisku nazywanym niszą komórkową. Jest to miejsce złożone z wielu elementów, a sygnały wysyłane przez niszę zapewniają prawidłowe funkcjonowanie komórkom macierzystym. Nisza może brać jednak udział w nowotworzeniu. Stan hipoksji służy zachowaniu przez komórki macierzyste ich właściwości. Za główny mechanizm adaptacyjny w odpowiedzi na niedotlenienie odpowiada czynnik indukowany hipoksją – HIF-1. Jednak czynnik ten stymuluje także wzrost guza i proces angiogenezy. Nowotworowe komórki macierzyste charakteryzują się szczególną zdolnością do utrzymywania beztlenowej glikolizy nawet w obecności tlenu, co określane jest mianem efektu Warburga. U podstawy tego efektu leży wiele mechanizmów molekularnych i biochemicznych obejmujących m.in nieprawidłowe działanie mitochondriów. Wiedza zdobyta do tej pory na temat komórek macierzystych pozwala na wykorzystanie jej w praktyce, szczególnie w zakresie medycyny regeneracyjnej, jednak pionierskie metody terapii z udziałem komórek macierzystych spotykają się z wieloma przeszkodami.

Stem cells are one of many types of cells present in the body. Thanks to their ability to self-renewal and differentiation, they play an important role at many stages of organism development. In the early embryo, they are the precursors of all germ cells. In the late stages of life the cells are involved in the regeneration of adult tissues and organs. The stem cells divide is a special way. The division is asymmetrical and allow tchem to constantly renew their pool and to maintain "stemness". There are many types of stem cells divided into groups due to their differentiation potential and origin. The term "stem cell" is generally assigned to normal stem cells. However, the normal cells can transform into cancer stem cells. These cells can be found in most solid tumors and seem to play a key role in metastasis. Both normal and cancer cells reside in a specific microenvironment called the niche. It is a place composed of many components, but the signals of the niche ensure the proper functioning of the stem cells. However, the niche may be involved in the cancerogenesis. The hypoxic state of the niche serves the cells to preserve their properties. The main adaptive mechanism to hypoxia is the hypoxia-inducing factor-1 - HIF-1. However, this factor also stimulates tumor growth and angiogenesis. Cancer stem cells have a special ability to maintain anaerobic glycolysis even in the presence of oxygen, which is referred to as the Warburg effect. At the root of this effect are many molecular and biochemical mechanisms including among others mitochondrial malfunction. The knowledge gained so far about the stem cells allows us to be used in practice, especially in the field of regenerative medicine, however, pioneering methods of stem cell therapy face many obstacles.