Om te fungeren als een robuuste barrière tegen ziekteverwekkers en tegelijkertijd de benodigde voedingsstoffen te absorberen, moet de bekleding van de darmen dagelijks regenereren om de taak aan te kunnen. De stamcellen van de darm zijn verantwoordelijk voor het voldoen aan deze behoefte aan constant herstel en aanvulling, maar elke stamcel wordt geconfronteerd met beslissingen die afhankelijk zijn van de algemene toestand van de darm en de behoeften van het moment. Slechte beslissingen en slechte coördinatie kunnen leiden tot darmziekten of kanker.

Een nieuwe studie suggereert dat stamcellen signalen uit hun omgeving kunnen integreren en hun gedrag over het weefsel kunnen coördineren via netwerken van vasculatuur in hun directe omgeving.

Wetenschappers van Rockefeller ontdekten dat lymfatische haarvaten - fijne vaten die immuuncellen transporteren en vloeistoffen uit weefsels afvoeren - een signaalknooppunt vormen dat communiceert met stamcellen om hun activiteit te reguleren. Met moleculaire begeleiding van de lymfevaten produceren de stamcellen dochtercellen om de darmwand opnieuw te bevolken of zichzelf te vernieuwen om de stamcelreserve aan te vullen.

De bevindingen, gepubliceerd in het tijdschrift Cell Stem Cell , nieuwe inzichten verschaffen over primaire darmcomponenten waarvan de verstoorde communicatie kan bijdragen aan darmaandoeningen, zoals inflammatoire darmaandoeningen. "De sleutel tot de behandeling van deze ziekten zal zijn om erachter te komen wie met wie praat in dit ecosysteem en hoe we de communicatienetwerken kunnen resetten", zegt Rachel Niec, een klinische wetenschapper in het laboratorium van Elaine Fuchs.

Communicatie in de crypte

De darmstamcellen bevinden zich in zogenaamde crypten, gevonden aan de basis van dicht opeengepakte inkepingen in de darmwand. De stamcellen kunnen zich vernieuwen en in de crypte blijven, of differentiëren tot gespecialiseerde cellen, die vervolgens uit de crypte migreren om de darmwand aan te vullen. "Om te begrijpen hoe stamcellen zelfvernieuwing in evenwicht brengen met differentiatie, hadden we een completer beeld nodig van crypt-nissen", zegt Marina Schernthanner, een afgestudeerde student in het Fuchs-lab.

Om in te zoomen op de crypte, gebruikte het team een ​​reeks technieken, waaronder eencellige en ruimtelijke transcriptomics, waarmee ze celtypen op specifieke locaties konden identificeren en hun signaalmoleculen konden bestuderen. De resultaten toonden aan dat lymfatische haarvaten, die een innige verbinding vormen met de stamcellen in de crypte, een aantal eiwitten produceren waarvan bekend is dat ze belangrijk zijn voor het functioneren van stamcellen.

Een voorheen ondergewaardeerd eiwit, REELIN, kwam naar voren als een topkandidaat voor het bemiddelen van communicatie tussen lymfevaten en stamcellen. Door in sommige experimenten de hoeveelheid REELIN in in het laboratorium gekweekte organoïde culturen van de darm te manipuleren en in andere experimenten genetisch te onderdrukken bij muizen, ontdekten de onderzoekers dat REELIN direct het regeneratieve gedrag van intestinale stamcellen regelt.

De betrokkenheid van het lymfestelsel bij het functioneren van stamcellen is een relatief nieuw concept. Een eerdere studie door het Fuchs-team onthulde dat lymfevaten ook nauw betrokken zijn bij stamcellen van de huid en een sleutelrol spelen bij haarregeneratie. Daar zijn het echter de stamcellen van de haarzakjes die signaleren naar lymfatische haarvaten. Door hun interacties met lymfevaten te beheersen, synchroniseren de stamcellen de haarregeneratie over het weefsel. "Dit suggereert dat lymfevaten een geconserveerd kenmerk kunnen zijn van stamcelniches, maar hun relatie met stamcellen is waarschijnlijk afgestemd op de behoeften van elk weefsel", zegt Niec.