Undersøgelse:Luftvejsbakker udfordrer vores forståelse af lungebiologi

Luftvejsbakker er mystiske strukturer med flad top, som først for nylig blev identificeret i almindeligt lungevæv, og deres rolle i luftvejsbiologi og patologi har tidligere været ukendt.

Et forskerhold fra Tufts University School of Medicine og Massachusetts General Hospital rapporterer nu beviser på, at bakker og deres stamceller er fysiologisk adskilte fra andre celler i lungen og består af et lagdelt ydre lag af skællignende pladeceller, der beskytter et underliggende lag af hurtigt ekspanderende basale stamceller, der er i stand til at genoprette luftvejsvæv efter skade.

Resultaterne er offentliggjort i en undersøgelse, der vises 1. maj i tidsskriftet Nature .

"Denne undersøgelse forbinder tidligere forskning, der beskriver tilsyneladende uensartede fænomener, til et ikke værdsat reservoir af skadesresistente celler," siger Brian Lin, GSB17, en forskningsassistent professor i udviklings-, molekylær- og kemisk biologi ved School of Medicine, og en co-first, medkorresponderende forfatter på papiret.

"Ved at lave en hel organfarvning sprang strukturer ud, som ikke er let at se, når man ser på vævet i skiver."

Lin var blandt den gruppe af videnskabsmænd, der i 2019 første gang beskrev de celler, der kaldes bakker, så navngivet på grund af, hvordan de ligner høje på overfladen af ​​lungevæv.

"Identifikationen af ​​bakker forklarer en lang række fund om luftvejsregenerering," tilføjer Jayaraj Rajagopal, MD, seniorforfatter af undersøgelsen og en efterforsker i Center for Regenerativ Medicin ved Mass General. "Det er bemærkelsesværdigt at tænke på, at disse strukturer blev savnet i årtier. De har konsekvenser for både regenerativ medicin og kræft."

I denne nye undersøgelse genererede Lin og teamet en genetisk musemodel, der gjorde det muligt at fluorescerende mærke bakker og deres afkom i lungerne.

De fandt ud af, at hillock-afledte stamceller (de basalceller, der ligger under lagene af skællende eller pladecelleceller på toppen) hurtigt kunne regenerere luftvejsslimhinden efter skade og i stand til at skabe alle seks komponentcelletyper i det pseudostratificerede luftvejsepitel.

Forskerne påviste også, at de lagdelte, tæt forbundne lag af pladecelleceller på toppen af ​​bjergene var modstandsdygtige over for et bredt spektrum af fornærmelser, lige fra fysisk skade til syreskade til infektion til toksiner relateret til rygning.

Viral Shah, medlem af Rajagopal Lab og en af ​​de første forfattere, søgte efter bakker i menneskelige luftveje ved at dissekere og farve humant lungevæv og fandt ud af, at mennesker også har bakker, der afspejler strukturen og funktionen af ​​dem i mus.

Disse resultater fastslår, at tilstedeværelsen af ​​et lagdelt pladeepitel, som længe har været anset for at være en metaplastisk (præcancerøs) reaktion på skade, er karakteristisk for en uskadet luftvej.

Dissektioner af bakker afslørede specifikke gener, der ikke udtrykkes af andre lungecelletyper, som producerer et hårdt protein i keratinfamilien, der ligner dem, der bruges til at danne hår og negle.

På trods af at den er så hårdfør, siger Lin, at et af undersøgelsens mest overraskende resultater er, hvor hurtigt bakkeceller erstatter sig selv, hvilket antyder, at en del af deres funktion er at være engangs. For eksempel, som reaktion på fysisk skade på luftrøret, formerer bjergene sig dramatisk og migrerer for at sprede stamceller til det ramte område for at regenerere det.

Celler, der deler sig så hurtigt, er tilbøjelige til at mutere, og derfor vil en kort levetid for disse celler sandsynligvis forhindre bakkeceller i at opbygge fejl.

Forskerholdet planlægger at fortsætte deres karakterisering af bakker, arbejde, der kan ændre vores forståelse af udviklingen af ​​lungekræft, fysiologien af ​​tilstande som astma, og hvordan kroppen bekæmper virusinfektioner og lægemiddelinteraktioner. "Jeg tror, ​​vi har åbnet døren, men der er så meget mere at gøre," siger Lin.

Flere oplysninger: Brian Lin et al., Airway hillocks er skadesbestandige reservoirer af unikke plaststamceller, Nature (2024). DOI:10.1038/s41586-024-07377-1

Journaloplysninger: Natur

Leveret af Tufts University