Wetenschap
Studie:Luchtwegheuvels dagen ons begrip van de longbiologie uit
Luchtwegheuvels zijn mysterieuze structuren met een platte bovenkant die pas onlangs zijn geïdentificeerd in regulier longweefsel, en hun rol in de luchtwegbiologie en pathologie was voorheen onbekend.
Een onderzoeksteam van de Tufts University School of Medicine en het Massachusetts General Hospital rapporteert nu bewijs dat heuveltjes en hun stamcellen fysiologisch verschillend zijn van andere cellen in de long en bestaan uit een gelaagde buitenlaag van schubbenachtige plaveiselcellen die een onderliggende laag beschermen. van snel groeiende basale stamcellen die in staat zijn luchtwegweefsel te herstellen na letsel.
De resultaten worden gepubliceerd in een onderzoek dat op 1 mei verschijnt in het tijdschrift Nature .
"Deze studie koppelt eerder onderzoek dat ogenschijnlijk uiteenlopende verschijnselen beschrijft aan een niet gewaardeerd reservoir van letselbestendige cellen", zegt Brian Lin, GSB17, wetenschappelijk assistent-professor ontwikkelings-, moleculaire en chemische biologie aan de School of Medicine, en een co-primeur, co-corresponderende auteur op het papier.
"Door een hele orgaankleuring uit te voeren, kwamen er structuren naar voren die niet gemakkelijk te zien zijn als je naar het weefsel in plakjes kijkt."
Lin behoorde tot de groep wetenschappers die in 2019 voor het eerst de cellen beschreef die heuveltjes worden genoemd, zo genoemd omdat ze lijken op heuveltjes op het oppervlak van longweefsel.
"De identificatie van heuveltjes verklaart een hele reeks bevindingen over regeneratie van de luchtwegen", voegt Jayaraj Rajagopal, MD, de senior auteur van de studie en onderzoeker in het Center for Regenerative Medicine van Mass General, toe. "Het is opmerkelijk om te denken dat deze structuren tientallen jaren gemist zijn. Ze hebben implicaties voor zowel de regeneratieve geneeskunde als kanker."
In deze nieuwe studie genereerden Lin en zijn team een genetisch muismodel dat het mogelijk maakte heuveltjes en hun nakomelingen fluorescerend te labelen in de longen.
Ze ontdekten dat uit heuveltjes afkomstige stamcellen (de basale cellen die ten grondslag liggen aan de lagen geschubde of plaveiselcellen erboven) na een verwonding snel de luchtwegbekleding konden regenereren en in staat waren alle zes samenstellende celtypen van het pseudostratificeerde luchtwegepitheel te creëren.
De onderzoekers toonden ook aan dat de gelaagde, strak in elkaar grijpende lagen van plaveiselcellen op de toppen van heuvels resistent waren tegen een breed spectrum aan beledigingen, variërend van lichamelijk letsel tot zuurletsel, tot infecties en gifstoffen die verband houden met roken.
Viral Shah, lid van het Rajagopal Lab en een van de co-eerste auteurs, zocht naar heuveltjes in de menselijke luchtwegen door menselijk longweefsel te ontleden en te kleuren en ontdekte dat mensen ook heuveltjes hebben die de structuur en functie van die bij muizen weerspiegelen. P>
Deze bevindingen tonen aan dat de aanwezigheid van een gelaagd plaveiselepitheel, waarvan lang werd gedacht dat het een metaplastische (precancereuze) reactie op schade was, kenmerkend is voor een niet-gewonde luchtweg.
Dissecties van heuveltjes onthulden specifieke genen die niet tot expressie worden gebracht door andere longceltypen en die een hard eiwit produceren in de keratinefamilie, vergelijkbaar met de eiwitten die worden gebruikt om haar en nagels te vormen.
Ondanks dat ze zo winterhard zijn, zegt Lin dat een van de meest verrassende bevindingen van het onderzoek is hoe snel heuvelcellen zichzelf vervangen, wat erop duidt dat een deel van hun functie wegwerpbaar is. Als reactie op lichamelijk letsel aan de luchtpijp vermenigvuldigen heuveltjes zich bijvoorbeeld dramatisch en migreren ze om stamcellen naar het getroffen gebied te verspreiden om het te regenereren.
Cellen die zich zo snel delen, zijn vatbaar voor mutaties, en daarom zal een korte levensduur van deze cellen waarschijnlijk voorkomen dat heuvelcellen fouten opbouwen.
Het onderzoeksteam is van plan de karakterisering van heuvels voort te zetten, werk dat ons begrip van de progressie van longkanker, de fysiologie van aandoeningen zoals astma en de manier waarop het lichaam virale infecties en geneesmiddelinteracties bestrijdt, zou kunnen veranderen. "Ik denk dat we de deur op een kier hebben gezet, maar er is nog zoveel meer te doen", zegt Lin.