Abstract Hematopoietic cells, i.e., erythrocytes, platelets and white blood cells, differentiate from hematopoietic stem cells in a process that is similar in vertebrates. Hematopoiesis is regulated by molecules expressed by both the hematopoietic stem and progenitor cells and the surrounding microenvironments. Knowledge of these molecules is important since many of the genes involved in normal hematopoiesis are mutated in leukemia. Furthermore, this information can be utilized in more efficient isolation and expansion of hematopoietic cells in vitro. However, these molecules are not yet sufficiently characterized. Transmembrane immunoglobulin and mucin domain (TIM) genes form a known family of immunoregulators. In mammals, TIM-4 is expressed by antigen presenting cells, while TIM-1, TIM-2 and TIM-3 are expressed by T cells, in which they regulate differentiation of TH cells. The role of TIM molecules in hematopoiesis has not yet been investigated. The aim of this thesis work was to identify and analyze novel molecules involved in embryonic hematopoiesis using chicken and mouse as model organisms. This was carried out by generating a cDNA library of hematopoietic stem and progenitor cells from embryonic chicken para-aortic region. Both previously known and novel candidate genes were identified from the library. Among them, we found homologs to tim genes. Their expression and role in hematopoiesis was studied further. TIM-2 expression was shown to be tightly governed during B cell development. It is expressed by common lymphoid progenitors and highly proliferative large-pro and large pre-B cells during both fetal liver and adult bone marrow hematopoiesis. In mouse, tim-4 expression was restricted to fetal liver CD45+F4/80+ cells. Furthermore, two distinct populations were identified: F4/80hiTIM-4hi and F4/80loTIM-4lo. The results suggest that the F4/80hiTIM-4hi cells are yolk sac-derived macrophages and the F4/80loTIM-4lo cells myeloid progenitors. This work shows for the first time that TIM family molecules are expressed during hematopoiesis. TIM-2- and TIM-4 are expressed by specific cell types during hematopoietic cell development, and in the future they may be utilized as markers in isolation of hematopoietic progenitor cells.

Tiivistelmä Verisolut eli punasolut, verihiutaleet ja immuunipuolustuksessa tärkeät valkosolut kehittyvät alkion veren kantasoluista prosessissa, joka on kaikissa selkärankaisissa samankaltainen. Veren kanta- ja esisolujen sekä ympäröivän mikroympäristön tuottamat molekyylit säätelevät hematopoieesia eli verisolujen kehitystä. Näiden molekyylien tunteminen on tärkeää, sillä useat normaalia verisolujen kehitystä säätelevät geenit ovat osallisena myös verisyöpien synnyssä. Lisäksi tätä tietoa on mahdollista hyödyntää verisolujen tehokkaammassa eristämisessä ja kasvattamisessa hoitoja varten. Immuunipuolustuksen solut, kuten syöjäsolut eli makrofagit ja T-solut, ilmentävät TIM-molekyylejä (Transmembrane Immunoglobulin and Mucin). Ne toimivat immunologisen vasteen säätelyssä sekä solusyönnissä, mutta niiden roolia verisolujen kehittymisessä ei ole selvitetty aikaisemmin. Tässä väitöstutkimuksessa etsittiin uusia hematopoieesiin vaikuttavia geenejä käyttäen mallieläiminä sekä kanaa että hiirtä. Tutkimuksessa luotiin geenikirjasto kanan alkion para-aortaalisen alueen veren kanta- ja esisoluista. Kirjastosta tunnistettiin useita ennalta tiedettyjä sekä uusia verisolujen kehitykseen vaikuttavia geenejä. Tutkimuksessa analysoitiin tarkemmin kirjastosta löytyneiden TIM-geeniperheen jäsenten ilmentymistä ja roolia verisolujen kehityksessä. Tutkimuksessa osoitettiin, että TIM-2 proteiinin ilmentymistä säädellään tarkasti B-solujen kehityksen aikana. Lymfosyyttien yhteiset esisolut sekä suuret pro-B- ja pre-B-solut ilmentävät TIM-2 proteiinia B-solukehityksen aikana sekä alkion maksassa että aikuisen luuytimessä. Hiiren alkiossa tim-4 geenin ilmentyminen oli rajoittunut maksaan, jossa erottui kaksi erillistä solupopulaatiota: F4/80hiTIM-4hi ja F4/80loTIM-4lo. Tutkimuksen tulokset viittaavat siihen, että maksan F4/80hiTIM-4hi solut ovat ruskuaispussista lähtöisin olevia syöjäsoluja ja F4/80loTIM-4lo solut myeloidisen linjan esisoluja. Tämä tutkimus on ensimmäinen osoitus TIM-molekyylien ilmentymisestä kehittyvissä verisoluissa. Havaitsimme, että TIM-2 ja TIM-4-molekyylejä ekspressoidaan tietyissä soluissa verisolujen erilaistumisen aikana, joten tulevaisuudessa niitä on mahdollista käyttää merkkiproteiineina hematopoieettisten solujen esiasteita eristettäessä.