College of Health Sciences, Korea University Lecture 2 HEMATOPOIESIS; RBC PRODUCTION & DESTRUCTION Chapter 7, 8 Chapter Author: Kathryn Doig, PhD March 15, 2019 Elaine M. Keohane, PhD, MLS(ASCP)SH keohanem@shrp.rutgers.edu Rutgers-The State University of New Jersey School of Health Related Professions and Kyung Jin Cho, PhD, Professor Emeritus chokj@korea.ac.kr Dept. of Medical Laboratory Science College of Health Sciences, Korea University

Hematopoiesis (조혈) - 혈액세포의 재생, 증식, 분화 및 성숙 과정을 포함하는 지속적인 혈구생성 과정으로, 노쇠하거나, 손상되고, 소실로 인한 결함이 있거나 결핍된 혈구를 대체하는 정교한 통제시스템 √ 인체는 세포의 생성과 파괴 사이에서 균형을 유지할수 있어 순환 중에 있는 혈구 수가 비교적 일정수준으로 유지되는 항상성을 나타냄 √ 조혈줄기세포(HSCs)는 자기복제(self-renewal)가 가능하고, 모든 계통의 기능있는 혈구로 분화(differentiation)가 가능

Hematopoiesis – Cont’d - 혈구 과다생성(overproduction)이나 과소생성(underproduction)은 생명을 위협하는 수준의 임상 결과를 가져 옴 - 60 Kg 체중의 성인 골수는 1초 당 5백만개 혈구생성 추정 됨. 이는 하루 평균 체중 Kg당 생성하는 혈구수가 3.0 x109 적혈구; 2.5x109 혈소판; 1.5x109 과립구를 생성하는 것으로 추산 됨 - 추가적 면역세포가 요구되는 감염상황이 나타나면, 그에 대처하기 위해 골수의 항상성은 언제든지 변화할 수 있음

조혈체계 √ 조혈기관 Bone Marrow Liver Spleen Lymph nodes Thymus Hematopoiesis – Cont’d 조혈체계  √ 조혈기관 Bone Marrow Liver Spleen Lymph nodes Thymus

Hematopoiesis – Cont’d * Flk1, CD34, Mix, AML1 Hypoblast YS Hematopoietic and vascular stem (progenitor) cells formation from hemangioblast 조혈체계 √태아기조혈의 세 국면 1) 중배엽기(mesoblastic phase) - 수태 후 16일: 중배엽의 세포가 배아(2-8주 후)밖 (extraembryonic) 난황으로 이동 후, √ 수태 후 19일: blood island형성: 원시적혈모세포가 원시적, 일시적 조혈을 시작. 이 때의 조혈은 빠르게 발달 중인 배아조직에 산소를 운반하기 위한 primitive erythroblast, MØ만 나타남 혈색소: Gower-1, Gower -2, Portland형 Hb형성 - 수태 후 27일: AGM*으로 이동 한 중배엽세포들이 HSC형성하고, √결정적 조혈 (myeloid, lymphoid 계열 모두 조혈) *:AGM, aorta-gonad-mesonephros (대동맥-생식융기-중신) Baron MH, J Hematotherapy & Stem Cell Research 10, 587-594

Hematopoiesis (태아기조혈의 세 국면)– Cont’d 2) 간기 - 발생 4-5주 태아의 간에서 조혈 시작; √ 발생 3-4 개월에서 왕성 - 이 때, 흉선, 비장, 신장, 림프절도 조혈에 참여 흉선은 T-세포생성에, 신장과 비장, 림프절은 B-세포 생성에 관여 함. - 거대핵세포도 생성 - 비장은 과립구생성 감소; 림프구 생성관여 - 간기에서 주요 혈색소는 Hb F 3) 골수기 - 발생 4-5개월 에 √골수에서 조혈시작 - HSCs와 중간엽세포(mesenchymal cell)는 골수 중심으로 이동; 중간엽 세포는 발생중인 혈구 지지 위해 섬유모세포등으로 분화. - 골수계(myloid cell) 조혈로 M:E ratio = 3:1 정도 임. - 임신 24주에서 EPO, G-CSF, GM-CSF와 Hb F, Hb A가 관찰 됨

Hematopoietic Organs √ Fig 7-1 Keohane EM et al., Hematology-Clinical Principles and Applications, Elsevier, 2016, p 71  √ 7

골수와 골수세포충실도 Red marrow(적색골수): 조혈 활성이 높은 세포성 골수(cellular marrow)로 구성   골수와 골수세포충실도 6.1 The Functions of the Skeletal System Red marrow(적색골수): 조혈 활성이 높은 세포성 골수(cellular marrow)로 구성 √ Yellow marrow(황색골수): 비활성 골수(inactive marrow)로, 주로 √지방세포(adipose cell)가 차지하지만, 그 외 미분화중간엽세포, 대식세포들과 함께 구성 골수는 조혈세포 외에도 기질세포, 혈관(동맥,정맥,혈관굴)을 함유 기질세포: 내피세포, 지방세포, 대식세포, 림프구, 뼈모세포, 뼈파괴세포, 외막세포(섬유모세포) 포함

Bone Marrow Cellularity – Cont’d 영아  모든 골수: √ 100% cellularity (100% red marrow) 5-7세  긴 뼈에서는 지방성분(yellow marrow)이 적색골수 일부를 대체하여 √지방세포가 점차적으로 많아 짐 성인: √ 적색골수존재 위치는 : 흉골, 늑골, 골반골, 척추골, 두개골, 장골 근위부말단에 한정 됨 나머지 뼈는 대부분 지방으로 대체 성인 골반골의 세포충실도(cellularity): 50% 조혈세포 50% 지방 나이 증가하면서 세포충실도는 감소 Adult Fig 7-2 Keohane EM et al. Hematology-Clinical Principles and Applications, Elsevier, 2016 p,78 Red areas= cellular marrow White areas= yellow (fat) marrow

Adult Hematopoietic Tissue (성인 조혈조직) 골수내 포함된 세포: - 적혈구계 세포 (RBCs와 그들 전구세포) - 골수구계 세포 (neut, eos, baso 와 그들 전구세포) - 거핵구계 세포 (혈소판의 전구세포) - 림프구계 세포 √ 림프구 발달 √ 일차 림프조직: 골수, 흉선 - 이차 림프조직: 비장, 림프절, 장-관련 림프조직(Peyer’s patch) 10

Bone Marrow Structure (골수구조) Fig 7-4 Keohane EM. et al.. Hematology-Clinical Principles and Applications, Elsevier, 2016, p79 Bone marrow: 치밀 골 안쪽 내강 √조혈다발 (조혈세포들이 위치하는 장소) √정맥굴(성숙조혈세포들의 순화계로 방출통로) - 골 내막 (뼈 안쪽을 싸는 피복층의 막) - 내피세포 (정맥굴 안쪽을 따라 정렬된 세포) - 외막세포 (정맥굴 내강 바깥을 따라 비연속적으로 나열된 세포) - 조혈세포 √ 지방세포 Sinus 11

√ 골수 니쉐 (Bone Marrow Niches) 조혈세포들은 각각선택적으로 특정niche(적소)에 위치하고 성숙, 분화해 나감 - √RBC전구세포와 거핵구: 정맥굴가까운 조혈다발(cords)에 위치 - 과립구(neut, eos, baso) 전구세포: 조혈다발 심부에 위치; 성숙하면서 점차 정맥굴가까이로 이동 - 성숙세포는 외피세포수축하게 되면, 내피세포 틈(구멍)을 통해 정맥굴로 빠져 나와 정맥굴에서 순환계로 진입 (내피세포는 기저막 역할) Sinus Fig 7-4 Keohane EM. et al.. Hematology-Clinical Principles and Applications, Elsevier, 2016, p79 12

Hematopoietic Inductive Microenvironment (조혈유도 미세환경, Niche) Hematopoietic Niches √ 조혈niche에는 HSCs를 양육, 보호, 휴지상태(quiescent)유지, 자기복제, 특정세포로의 분화를 위해 여러 기질세포들이 cytokine 분비하고, 특정환경 조성 기질세포(stromal cells): √ 특정세포(HSCs, 성숙과정혈구)의 보호, 발달을 돕기 위한 반유동성의 세포외기질(semi-fluid ECM)을 생성; 니쉐내 특화된 기질세포들이 HSCs와 발달 중의 혈구에 영양을 공급하거나 보호; 골수내 HSCs의 고갈방지위한 휴지(quiescent)상태 유지지원 CXCR4+ HSCs 이동을 위한 chemoine(CXCL12)인자 분비

Osteoblastic vs Vascular Niche HSCs reside in either the osteoblastic or vascular niche. A portion of HSC daughter cells, in response to changes in levels of SDF-1 in the BM, will leave the niche and begin to mobilize and circulate. HSC homing occurrs in response to higher levels of SDF-1 in the BM. The osteoblastic niche may provide a quiescent microenvironment for HSC maintenance. The vascular niche facilitates HSC transendothelial migration during mobilization or homing and may favor HSC proliferation and further differentiation. Higher FGF-4 and oxygen concentration gradients as the cells progress from the osteoblastic niche to the vascular niche might play a role in recruitment, proliferation, and differentiation of HSCs/HPCs. Under stress such as thrombocytopenia, SDF-1 and VEGF activate MMP-9, which converts membrane-associated Kit ligand into soluble KitL and in turn promotes HSCs entry into the cell cycle, mobilization to the vascular niche, and differentiation. “quiescent” “transendothelial migration, mobilization, homing” . Yin T & Li L, JCI 2006;116:1195.

골수내 기질세포의 종류 내피세포 : 정맥굴 안쪽 면을 덮고 있으며; 다양한 cytokine 분비 지방세포: Adiponectin과 cytokine 분비 대식세포: 탐식기능; cytokines 분비 섬유아세포: 세망섬유(FRC-CXCL12High)로 격자형성하여 HSCs 유도 조골세포: 뼈 형성 세포 파골세포: 뼈 파괴와 뼈 흡수 기능을 가진 세포 Adiponectin: a hormone that is sensitive to insulin and plays a role as anti-atherosclerosis

Extracellular Matrix (ECM, 세포외기질) HSC들의 바탕질(matrix)에 점착을 촉진하는 단백성분 세포외기질을 구성하는 주요 단백과 당단백: Collagen Fibronectin Laminin Hemonectin Thrombospondin 16

Liver 수외조혈 - HSCs, 선조세포 보유하고 있어, 골수섬유화로 인한 골수기능부전 시, 수외조혈 수행  √ 임신 중기(2nd trimester)에서 주 조혈장소 구조 - 중심정맥으로부터 방사성 형태의 간세포 판에 간세포들이 정렬 됨 주요세포 Kupffer 세포: 외부로 부터 침입한 물질의 제거 기능을 갖는 간에 존재하는 대식세포 수외조혈 - HSCs, 선조세포 보유하고 있어, 골수섬유화로 인한 골수기능부전 시, 수외조혈 수행 Fig 7-7 Three dimensional schematic of the normal liver. Keohane EM. et al Hematology-Clinical Principles and Applications, Elsevier, 2016, p 81. . 17

Spleen √ 기능: 위치와 구조 순환혈액의 여과 오래된 적혈구 제거 위 기저부 아래 뒤쪽  √ 기능: 순환혈액의 여과 오래된 적혈구 제거 위치와 구조 위 기저부 아래 뒤쪽 백색속질: 림프구, MØ, DCs를 함유하는 배중심(GC)을 가진 림프소포도 존재 적색속질: 정맥굴(해면체 모양영역: 혈액 여과기능)과 비장다발*(미세섬유와 단구, Ø)로 구성 됨 가장자리 구역: 백색속질과 적색속질 사이의 중간영역 Fig 7-8 Schematic of normal spleen. Keohane EM. Et al. Hematology-Clinical Principles and Applications, Elsevier, 2016, p 82. *: cords of Billroth (splenic cords) 18

Lymph Nodes 기능: - 새로운 림프구생성 - 미생물 등 미립자 여과 √ 림프: Fig 7-10 Histologeic structure of a normal lymph node. Keohane EM. Et al.., Hematology-Clinical Principles and Applications, Elsevier, 2016 p 84. 기능: - 새로운 림프구생성 - 미생물 등 미립자 여과  √ 림프: - 결합조직내로 흘러나온 혈액성분의 일부로 단백질 함량 낮음 - 수입관 통해 림프액이 림프절로 들어오고 - 림프절에서 림프액 여과된 후 수출관 통해 빠져 나감 - 림프소절: 이차소포에는 항원자극후 B-세포증식이 활발하게 일어나는 배중심(GCs)*이 형성 *: GCs: B세포 증식, 분화, 항체 친화성증가, Ab class switch (IgM→IgG) 항체레퍼토리(유전자재배열), 기억세포 발달 위치와 구조 - 직경1-25mm 수준 콩 모양의 결절들이 림프세관을 따라 위치 함 - 그룹 또는 사슬형태로 간격두고 림프관 따라 존재 19

Thymus Gland √ 기능: T-세포 발달 위치, 구조, 세포집단 Fig 7-11, 7-12 Keohane EM.et al., Hematology-Clinical Principles and Applications, Elsevier, 2016, p84, p85. √ 기능: T-세포 발달 위치, 구조, 세포집단 - 종격동 앞 위쪽에 위치 - 피질(대기구역)에는 골수로부터 이동해 온 림프구 전구세포 들이 밀집해 있으며, 이 후 T-세포 표지자 들이 CD4-,CD8- ; CD4+,CD8+ ; CD4+,CD8-/CD4- ,CD8+ 순서 로 발현 되어 성숙한 T-세포 들만이 수질(보유구역)로 이동하며, 수질은 성숙 T-세포의 15% 만을 보유 함 - 최종적으로 T-세포들은 비장과 림프절로 이주하게 됨 - 흉선 발달의 이상은 T-세포 결핍에 의한 심각한 면역결핍 (SCID)을 가져오며; DiGeorge 증후군은 del (22q11.2)에 의한 세포면역 이상으로 잦은 감염증 유발 20

조혈세포 구획 Hematopoietic Stem Cells (HSCs) Progenitor Cells (PCs) 특정 계열로의 성숙 및 분화를 수임 받은 상태 Maturing Cells 형태학적으로 감별이 가능한 상태

√ Stem Cell Theory – 단일계통 발생설 Mast Cell Eos Neut Mono Platelets Baso Erythrocytes Granulocyte-Monocyte Progenitor Eosinophil-Basophil Progenitor Megakaryocyte-Erythrocyte Progenitor Multipotent Hematopoietic Stem Cell (HSC) Common Lymphoid Progenitor Cell (CLP) Common Myeloid Progenitor Cell (CMP)  √ Stem Cell Theory – 단일계통 발생설 T Lymph B Lymph T Progenitor B Progenitor In 1961, Ernest McCulloh and James Till tried an investigation on BM sensitivity of Irradiation. After irreadiation in experimental mouse, they injected BM cells through veins. 7-8 days after they found that splecnic nodules in the culture of the cells from the mouse. And they realized that injected BM cells proliferate to form nodules (“spleen colonies”) in the spleen in proportion to the number of BM cells injected: existence of Stem Cell? Later confirmed CFU-S (CFU-GEMM) contains multi-lineage cells. They named the cells - Dendritic cell NK cell Purple = HSC Red = progenitor cell Blue = mature cell See Rodak, 2016, Fig 7-13, p86

Hematopoiesis – Cells Derived from HSC Rodak, 2016, Fig 7-13 Elsevier items and derived items © 2012, 2007, 2003 by Saunders, an imprint of Elsevier Inc., Page 86

Hematopoietic Stem Cell (HSC)  √ 정의된 세가지 특성 자기복제(self-renewal) 능력 있어야 다양한 계열 및 후손세포로의 분화 능력 가져야 (다분화능, Pluripotency) 줄기세포는 체내 모든 종류의 면역세포와 혈액세포 들에 대한 재생능력 갖추어야 HSC는 세포 표면표지자 패턴에 의해 감별 됨  √ HSC의 면역표현형: CD34+, CD38-, Lin-

Ref: NJ Drize et al, Blood 88,2927 (1996) HSC의 운명 Self-renewal Differentiation Apoptosis Ref:  NJ Drize et al, Blood 88,2927 (1996) 또 다른 딸세포는 줄기세포특성을 유지함 (self renewal) 딸 세포 하나는 특정 혈구세포 계열로 분화 (Differentiation) HSC는 비대칭 분열 (Asymmetrical Division)

√ Cytokines 조혈 전구세포의 분화, 증식, 성숙을 조절 조혈촉진: Kit-L, Flt3-L, GM-CSF, IL-1, 3, 6, 11 조혈조절: TGF-β, TNF-α, interferon 전구세포와 성숙세포에서의 신호 조절 특정 인자의 활성화 또는 억제 기능 Interleukins (ILs)는 cytokine의 종류 성장인자(GFs): 전구세포 성장과 생존 촉진 [Cytokine의 예] Colony stimulating factors (CSFs) Erythropoietin (EPO) Thrombopoietin (TPO) 다양한 IL-series Interferon Lymphokine Chemokines

√ Effect of Cytokines on Hematopoiesis NK cell Dendritic cell Multipotent Hematopoietic Stem Cell (HSC) Common Lymphoid Progenitor Cell (CLP) Common Myeloid Progenitor Cell (CMP) √ Kit-L(SCF), Flt3-L GM-CSF, IL-1, 3, 6, 11 Kit-L (SCF), Flt3-L √ IL-7 Mast Cell Eos Neut Mono Granulocyte-Monocyte Progenitor Eosinophil-Basophil Progenitor Megakaryocyte-Erythrocyte Progenitor Baso FLT3L, SCF, GM-CSF EPO TPO T Lymph B Lymph T Progenitor B Progenitor SCF FLT3L, IL-7 FLT3L IL-3 √ IL-3 √ IL-3, 5 G-CSF M-CSF Platelets Erythrocytes FLT3L=FMS-like tyroine kinase 3 ligand SCF=stem cell factor GM-CSF=granulocyte-monocyte colony-stimulating factor G-CSF=granulocyte colony-stimulating factor M-CSF=monocyte colony-stimulating factor IL=interleukin EPO=erythropoietin TPO=thrombopoietin See Rodak, 2016, Fig 7-15 p.88

Erythropoiesis(적혈구조혈) 적혈구 조혈은 혈구생성 혈구성숙 혈구파괴 사이에서 일정한 균형 유지 적혈구계의 기능적감별가능한 BFU-E(적은 수의 EPO수용체 보유)에서 CFU-E(많은 수의 EPO수용체보유)로 성숙에 1 주; CFU-E에서 다시 형태학적 감별가능한 Pronormoblast 까지 1주; Pronomoblast에서 RBC 까지 1주; 즉, BFU-E에서 mature RBCs 까지 약 3주, 총 18-21일 소요 CFU-E (Colony forming unit-erythroid): Clonogenic progenitors that produce only one or two clusters with each cluster containing from 8 to approximately 100 hemoglobinized erythroblasts. It represents the more mature erythroid progenitors that have less proliferative capacity. BFU-E (Burst forming unit-erythroid): The size of the colony can be described as small (3 to 8 clusters), intermediate (9 to 16 clusters), or large (more than 16 clusters) according to the number of clusters present. These are primitive erythroid progenitors that have high proliferative capacity. BFU-E CFU-E https://www.rndsystems.com/resources/protocols/human-colony-forming-cell-cfc-assay-using-methylcellulose-based-media

계통특이적 조혈 적혈구계 분화 - CFU-GEMM는 기능적감별 가능한 최초의 적혈구계세포인 BFU-E로 발달 - BFU-E: 적은 수의 EPO수용체 보유; √ IL-3, GM-CSF, TPO, Kit-L 영향으로 CFU-E로 발달 - EPO: √ 신장 세뇨관주변 간질세포에서 생성 됨; BFU-E를 CFU-E로 유도; 적혈구계 선조세포의 세포자멸 억제, Hb합성 유발 백혈구계 분화: -호중구,단구,호산구, 호염기구: GM-CSF, G-CSF, M-CSF, IL-3, -5, -11, Kit-L -호산구 분화: GM-CSF, IL-5, IL-3 -호염기구 분화: IL-3, Kit-L -림프구계 분화: IL-2, IL-4, IL-7, IL-10, IL-12, IL-13, IL-14, IL-15 거핵구계 분화: - 초기 거핵구계 유도: GM-CSF, IL-3, IL-6, IL-11, Kit-L, TPO - TPO, IL-11: 혈소판의 생성, 방출 IL-3 다계열 분화: - 과립구, 단구, 거핵구, 적혈구계 세포 성장 자극하는 다계열 cytokine CFU-E (Colony forming unit-erythroid): Clonogenic progenitors that produce only one or two clusters with each cluster containing from 8 to approximately 100 hemoglobinized erythroblasts. It represents the more mature erythroid progenitors that have less proliferative capacity. BFU-E (Burst forming unit-erythroid): The size of the colony can be described as small (3 to 8 clusters), intermediate (9 to 16 clusters), or large (more than 16 clusters) according to the number of clusters present. These are primitive erythroid progenitors that have high proliferative capacity. CFU-E

ERYTHROCYTE PRODUCTION AND DESTRUCTION Chapter 8 Chapter Author: Kathryn Doig, PhD

Erythrocyte Production (적혈구 생성): 복제/성숙 7 days 1 Pronormoblast Normally 8 Adult RBCs normally 3 Divisions Fig 8-1 Rodak혈액학 범문에듀케이션, 5th Ed, 2019, p99 Erythrocyte Production (적혈구 생성): 복제/성숙 BFU-E에서 CFU-E 까지: 일주일 CFU-E에서 Pronormo B까지:일주일 Pronormobl에서 RBC까지: 일주일 총 18-21일 Fig 8-1 Rodak혈액학 5th Ed., 2019 범문에듀케이션, p99

Nomenclature √ Pronormoblast Normoblastic (미국에서) Rubriblastic (백혈구발달처럼) Erythroblastic (유럽에서) √ Pronormoblast Rubriblast Proerythroblast Basophilic Normoblast Prorubricyte Basophilic Erythroblast Polychromatic Normoblast Rubricyte Polychromic Erythroblast Orthochromic Normoblast Metarubricyte Orthochromic Erythroblast Polychromatic Erythrocyte* Polychromatic erythrocyte Erythrocyte From: Doig K. In Rodak,Fritsma,, Keohane: Hematology, Clinical Principles and Applications, 4th ed. 2012, p. 87 Younger Immature Older Mature Pronormoblast: 형태학적 감별 가능한 적혈구계 최초의 미성숙세포 *: Polychromatic erythrocyte ⇒ Reticulocyte

혈구 감별 기준 - √핵 염색질 패턴 - 핵의 크기 (직경) - 핵소체 존재 여부  N:C Ratio  N:C Ratio Younger Older Smooth Open Chromatin Condensed Coarse Chromatin Pyknotic Chromatin - √핵 염색질 패턴 - 핵의 크기 (직경) - 핵소체 존재 여부 - 핵/세포질의 비 (N:C ratio, N/C ratio) - 세포질 색상

Red Blood Cell Maturation √ 세포 성숙 함에 따라:  세포 직경  핵 직경  N:C ratio* 핵 염색질: 거칠어지고, 농축 핵소체: 사라짐 세포질: 푸른색 연해지고( RNA), 대신 보다 붉은 색 *: 세포질에 비해 핵이 더 빠르게 작아져 성숙할 수록 N:C ratio감소 함 Fig 8-2 Keohane EM. et al.,Hematology-Clinical Principles and Applications, Elsevier, 2016, p 98.

RBC Maturation Sequence Pronormoblast (Rubriblast) 전 적혈모세포 Basophilic normoblast (Prorubricyte) 호염기 적혈모세포 (부염색질 나타남) Polychromatic normoblast (Rubricyte) 다염 적혈모세포 (√ 뚜렷한 부염색질-적혈구계 세포의 특징) Orthochromic normoblast (Metarubricyte) 정염적혈모세포 √Polychromatic erythrocyte; reticulocyte(초생체염색 시) 다염적혈구 Erythrocyte 적혈구 Peripheral blood Bone Marrow √ Image From: Diggs LW, Sturm D, Bell A: The Morphology of Human Blood Cells, 5th ed. Abbott Park, IL, Abbott Laboratories, 1985. p. 26

Pronormoblast (Rubriblast, 전적혈모세포) 핵: high N:C ratio, smooth, open chromatin, 1-2 핵소체 세포질: Dark blue 정상 위치: bone marrow 세포분열: 일어남 활성:√철흡수 및 Protoporphyrin 합성 위한 단백질 합성; Globin 사슬합성 개시 성숙단계시간: 24 hrs Fig 8-4A Keohane EM et al. Hematology-Clinical Principles and Applications, Elsevier, 2016, p 100

Basophilic Normoblast (Prorubricyte, 호염기적혈모세포) 핵: lower N:C ratio, 약간 농축된 염색질, 0-1 nucleoli, parachromatin*나타남 세포질: Dark blue 정상 위치: BM 세포분열: 일어남 활성: 약간의 Hb 합성 이루어지지만, 리보좀과 RNA에 가려져 혈색소는 거의 안 보임 성숙단계 시간: 24 hrs Fig 8-5A Keohane EM et al. Hematology-Clinical Principles and Applications, Elsevier, 2016, p 100 *: parachromatin – 핵내 염색되지 않은 하얀 부위

Basophilic Normoblast Pronormoblast vs Basophilic Normoblast Fig 8-4A and 8-5A Keohane EM et al. Hematology-Clinical Principles and Applications, Elsevier, 2016, p 100 Copyright © 2012, 2007, 2002, 1995 by Saunders, an imprint of Elsevier Inc.

Polychromatic Normoblast (Rubricyte, 다염적혈모세포 ) 핵: lower N:C ratio, 농축된 염색질, 핵소체 없음(더 이상 전사 못함) √ 뚜렷한 parachromatin 세포질: √ Blue-pink, grayish 정상 위치: BM 유사분열: 일어남 (√마지막 단계) 활성: Hb 합성으로 세포질 내 pinkish color 나타나며, DNA 전사는 중단 성숙단계 시간: 30 hrs Fig 8-6A Keohane EM et al. Hematology-Clinical Principles and Applications, Elsevier, 2016, p 101 parachromatin – white unstained areas in nucleus

Basophilic Normoblast Polychromatic Normoblast vs Fig 8-5A and 8-6A Keohane EM et al. Hematology-Clinical Principles and Applications, Elsevier, 2016, p 100 -101 Copyright © 2012, 2007, 2002, 1995 by Saunders, an imprint of Elsevier Inc.

Orthochromic Normoblast (Metarubricyte, 정염적혈모세포) 핵: lower N:C ratio, √완전 농축(pyknotic) 된 염색질; 핵의 구조 안 보임 곧, 핵은 빠져나감* 세포질: Pink-blue (잔존RNA-blue) 정상 위치: BM 세포분열: 없음 √ 활성: Hb 합성(80-90% 완성) (잔존 리보좀과 mRNA 이용하여 Hb합성으로 붉은색조 띤 세포질) 성숙단계시간: 48 hrs Fig 8-7A Rodak혈액학 5th 범문에듀케이션, 2019, p103 *: vimentin소실로 핵은 세포중심에서 가장자리로 이동 후, pyrenocyte 형성; pyrenocyte에 포함되지 못한 핵 파편: H-J body; H-J는 비장에서 MØ에 의한 pitting; 기타 소기관 들도 splenic MØ pitting으로 제거 됨)

Polychromatic Normoblast Orthochromic Normoblast vs Fig 8-6A and 8-7A Keohane EM et al. Hematology-Clinical Principles and Applications, Elsevier, 2016, p 101 Copyright © 2012, 2007, 2002, 1995 by Saunders, an imprint of Elsevier Inc.

√ Polychromatic RBC(Diffusely Basophilic, 다염적혈구) 핵: 없음(핵 잃은 적혈구: 다염적혈구) 세포질: bluish-pink, 잔존 rRNA로 bluish color 중앙창백부위 없음(not biconcave) 정상 위치: BM (2 days); PB (1 day): 비장 MØ pitting, membrane polishing 세포분열: 없음 활성: 나머지 10%까지 Hb합성 (Hb합성 완결); 단백질합성 소기관 (ribosomes, RER, mitochondria) 분해; 적은 량의 잔존 rRNA: 생체 염색에서 그물(소포체), 또는 푸른 점으로 보임 (그물적혈구); 막수용체발현 감소 Fig 8-8A Keohane EM et al. Hematology-Clinical Principles and Applications, Elsevier, 2016, p 102 Endoribonuclease: 리보좀 분해

Reticulocytes (그물적혈구) in √ Super vital stain Fig 8-8 B Rodak혈액학 5th 범문에듀케이션, 2019, p104 Fig 8-9 Keohane EM et al. Rodak’s Hematology, 5th Ed. 2016, p 103

Orthochromic Normoblast Polychromatic Erythrocyte vs Fig 8-7A and 8-8A Keohane EM et al. Hematology-Clinical Principles and Applications, Elsevier, 2016, p 101-102 Copyright © 2012, 2007, 2002, 1995 by Saunders, an imprint of Elsevier Inc.

√ Mature Erythrocyte (성숙적혈구) 직경: 6-8 m, biconcave (구형적혈구에 비하여, 정상적혈구에서는 세포 중심의 Hb분자가 막과 가까워 산소 교환이 쉬워짐) 핵: 없음 세포질: Pink, 중앙창백부위: 직경의 1/3 정상 위치: 말초혈액 (120 days 생존) 세포분열: 없음 활성: 혈색소의 산소 운반; 분해된 소기관과 RNA를 혈구에서 제거 Fig 8-9 Keohane EM et al. Rodak’s Hematology, 5th Ed. 2016, p 104

Polychromatic Erythrocyte Mature Erythrocyte vs Spleen Splenic MØ membrane polishing Fig 8-8A-B 8-10A-B Keohane EM. Hematology-Clinical Principles and Applications, Elsevier, 2016, p 102-103 .

Nucleated RBCs (nRBCs, 유핵적혈구) Fig 8-4A, 8-5A, 8-6A, 8-7A Rodak BF, Fritsma GA, Keohane EM. Hematology-Clinical Principles and Applications, Elsevier, 2012, p 91-93. Copyright © 2012, 2007, 2002, 1995 by Saunders, an imprint of Elsevier Inc. Pronormoblast Basophilic Normoblast Polychromatic Normoblast Orthochromic Normoblast √

RBC계 성숙단계별 세포크기, RNA, DNA, Hb농도의 변화 √ √ √ √ √ Fig 8-3 Rodak 혈액학 5th Ed., 2019, 범문에듀케이션, p101

Erythrokinetics (적혈구 동역학) 적혈구의 생성과 파괴에 관한 동역학 골수(BM)는 저산소증에 반응하여 적혈구생성 증가 함 Erythron(적혈구조직계): 신체에서 발견되는 모든 성숙단계의 적혈구계 세포 집합 (BM, PB, 비장 맥관내 공간에 존재하는 혈구까지 포함) 기능적 적혈구조직의 통합 개념 RBC Mass(적혈구집단): 순환계 내 발견되는 적혈구 만 의미

Hypoxia(저산소증)에 대한 반응 인체에는 산소농도감지 기전 필요 Hypoxia이란 조직 내 산소가 감소한 상태 저산소증유발 상황 Anemia 원인: RBC수 감소 (red blood counting) 적혈구내 hemoglobin 감소 Respiratory disorders (폐기종) High altitudes (고산증) Hypoxia는 신장 세뇨관주변 섬유모세포에 의해 감지 됨 → HIF* gene의 발현 → 세뇨관주변세포에 신호보내 EPO생성 증가시킴 * HIF: Hypoxia-inducible factor (TF)

√ Erythropoietin (EPO, 적혈구형성인자) 신장에서 생성되는 당단백 호르몬(성장인자) 골수 내 적혈구 전구세포의 EPO수용체에 결합하여 JAK-STAT경로를 활성화 하여 적혈구생성 증가 시킴 순환 중의 RBC수를 적절한 수준으로 유지 위한 EPO는 거의 변동없는 일정수준으로 분비 됨 내분비 기능: EPO는 진정한 의미의 호르몬 임 즉, 신장에서 분비된 EPO는 혈류를 타고 골수로 이동하여 적혈구전구세포에 영향 미침

Erythropoietin (EPO) 작용 개요 More RBCs in Circulation Hypoxia – 조직내 낮은 O2 분압 Kidney Erythropoietin Hb 감소 , RBCs 감소 BM 조기방출 허용: RBC막 수용체발현 , PB내 shift reticulocytes와 nRBCs 출현 세포자멸사 회피: Bcl-xL 발현증가; FasL생성 감소, Fas전구세포 증가 세포성숙기간 단축* (true shift retics: 6일에서 4일로) *:세포주기 짧아 짐 FasL을 갖는 좀더 성숙한 전구세포가 Fas(죽음수용체)를 갖는 미성숙 전구세포와 교차하면 세포자멸사 일어남 BM RBC Precursor √ Shift reticulocytes 는 younger retics 로 순환혈액으로 유입된 후, mature RBC로 성숙하는데 더 오래 걸림 (48-72 hrs) * Polychromasia on blood smear

적혈구조혈에 참여하는 기타 hormones √ Testosterone (androgens) (m-Hb > f-Hb) 뇌하수체 hormones 갑상선 hormones

적혈구 조혈의 골수 미세환경 RBC전구세포의 발달 Macrophages의 역할 골수 정맥굴 근처의 erythroid islands에서 Macrophages 가까이에서 Macrophages의 역할 1) 접착분자 통해 RBC전구세포들의 2)세포성장 위해 cytokines 분비 BM로부터의 방출 억제 Macrophage Cytokines for growth Stromal Cells 세포 성숙되면, 세포표면에 나타 나는 접착분자수용체의 합성 및 발현 중단; 핵 방출 To venous sinus, then peripheral circulation 성숙과정의 RBC전구세포는 보다 많은 접착분자수용체 보유 Adhesion molecule

Erythrocyte Destruction √120일 지난 RBCs들은 수명 다한 노쇠한 적혈구 됨 Cation balance유지(Na pump) 능력 감소 적혈구막 변화 √ 적혈구는 nucleus, ribosomes, mitochondria 없어  단백질(효소)합성 불가  필수효소 소실(ATP생성↓) 적혈구막 소실 (표면적↓  √ spherocytes ) 노쇠적혈구 파괴:두 가지 과정 ~ √ 90% extravascular hemolysis (in spleen) ~ 10% intravascular hemolysis (in circulation) due to mechanical or traumatic stress cell contents released in plasma

√ Extravascular Hemolysis (혈관외 용혈) 비장 적색속질: RBCs들  glucose,  pH,  oxidants에 노출 Senescent RBCs은 spherocytes로 변형 구형 RBCs  비장에 갇힘 √ MØs’ phagocytosis √ Extravascular Hemolysis (혈관외 용혈) Fig 8-12 Rodak BF, Fritsma GA, Keohane EM. Hematology-Clinical Principles and Applications, Elsevier, 2012, p 99. Copyright © 2012, 2007, 2002, 1995 by Saunders, an imprint of Elsevier Inc. Macrophage ingesting a spherocytic RBC

√ Hemoglobin Degradation (혈색소 분해) Intravascular Hemolysis (mechanicall fragmentation) Hb released from RBC in circulation, binds with √haptoglobin, transported to liver Extravascular Hemolysis Senescent RBC phagocytized in spleen (Mø) Iron Polypeptide Protoporphyrin ring Reused Hemoglobin Liver Bilirubin (conjugated) Bilirubin (unconjugated) Urobilinogen (excreted in feces and urine) Intestines 58