Hvordan tarmen erstatter og reparerer sig selv

For at fungere som en robust barriere mod patogener og samtidig absorbere nødvendige næringsstoffer, skal slimhinden i tarmene regenereres på daglig basis for at forblive på niveau med opgaven. Tarmens residente stamceller er ansvarlige for at opfylde dette behov for konstant reparation og genopfyldning, men hver stamcelle står over for beslutninger, der afhænger af tarmens overordnede forhold og øjeblikkets behov. Dårlige beslutninger og dårlig koordination kan resultere i tarmsygdomme eller kræft.

En ny undersøgelse tyder på, at stamceller er i stand til at integrere signaler fra deres omgivelser og koordinere deres adfærd på tværs af vævet gennem netværk af vaskulatur i deres nærhed.

Rockefeller-forskere fandt ud af, at lymfatiske kapillærer - fine kar, der transporterer immunceller og dræner væsker fra væv - repræsenterer et signalknudepunkt, der kommunikerer med stamceller for at regulere deres aktivitet. Med molekylær vejledning fra lymfesystemet producerer stamcellerne datterceller for at genbefolke tarmslimhinden eller selvfornye for at genopbygge stamcellereserven.

Resultaterne, offentliggjort i tidsskriftet Cell Stem Cell , give ny indsigt om primære tarmkomponenter, hvis forstyrrede kommunikation kan bidrage til tarmlidelser, såsom inflammatorisk tarmsygdom. "Nøglen til at behandle disse sygdomme vil være at finde ud af, hvem der taler med hvem i dette økosystem, og hvordan vi kan nulstille kommunikationsnetværkene," siger Rachel Niec, en klinisk forsker i laboratoriet hos Elaine Fuchs.

Kommunikation i krypten

Tarmstamcellerne ligger i såkaldte krypter, der findes i bunden af ​​tætpakkede fordybninger i tarmslimhinden. Stamcellerne kan fornyes og forblive i krypten eller differentiere til specialiserede celler, som derefter migrerer ud af krypten for at genopbygge tarmslimhinden. "For at forstå, hvordan stamceller balancerer selvfornyelse med differentiering, havde vi brug for et mere komplet billede af kryptnicher," siger Marina Schernthanner, en kandidatstuderende i Fuchs-laboratoriet.

For at zoome ind på krypten brugte holdet en række teknikker, herunder enkeltcellet og rumlig transkriptomik, som gjorde det muligt for dem at identificere celletyper på bestemte steder og studere deres signalmolekyler. Resultaterne viste, at lymfekapillærer, som danner en intim forbindelse med stamcellerne i krypten, producerer en række proteiner, der vides at være vigtige for stamcellernes funktion.

Et tidligere undervurderet protein, REELIN, dukkede op som en topkandidat til at formidle kommunikation mellem lymfeceller og stamceller. Ved at manipulere mængden af ​​REELIN i laboratoriedyrkede intestinale organoide kulturer i nogle eksperimenter og genetisk undertrykke den i mus i andre, fandt forskerne ud af, at REELIN direkte styrer den regenerative adfærd af intestinale stamceller.

Inddragelsen af ​​lymfesystemet i stamcellefunktionen er et relativt nyt koncept. En tidligere undersøgelse foretaget af Fuchs-teamet afslørede, at lymfeceller også er tæt involveret med stamceller i huden og spiller en nøglerolle i hårregenerering. Der er det dog hårsækkens stamceller, der signalerer til lymfekapillærer. Ved at kontrollere deres interaktioner med lymfeceller synkroniserer stamcellerne hårregenerering på tværs af vævet. "Dette tyder på, at lymfeceller kan være et bevaret træk ved stamcellenicher, men deres forhold til stamceller er sandsynligvis skræddersyet til behovene i hvert væv," siger Niec.