Дыхательные пути человека представляют собой систему разветвляющихся трубок, которые соединяют нос и рот с легкими и позволяют нам вдыхать воздух, извлекать жизненно важный кислород и выдыхать углекислый газ. Слой эпителиальных клеток помогает защитить дыхательные пути от вредных веществ в воздухе, которым мы дышим. Однако клетки, составляющие эту первую линию защиты, уязвимы для повреждений и полагаются на местные стволовые клетки для восстановления и обновления барьера после травмы.
Работая на мышах, исследователи из Университета Айовы определили новую популяцию стволовых клеток, которые, по-видимому, важны для регенерации дыхательных путей после тяжелой травмы. Клетки, известные как железистые миоэпителиальные клетки (МЭК), оказались удивительно гибкими. Исследование, опубликованное 12 апреля в журнале Cell Stem Cell, показало, что МЭК способны развиваться в новые замещающие клетки в своей локальной среде, известной как подслизистые железы. Более удивительно то, что MEC также оказались "бронировать" стволовые клетки для выстилки дыхательных путей, которые вступают в действие, когда поверхность дыхательных путей серьезно повреждена, и также развиваются в замещающие клетки.
"Мы продемонстрировали, что МЭК могут самообновляться и дифференцироваться на семь различных типов клеток в дыхательных путях," говорит соавтор исследования Престон Андерсон, студент UI, работающий в лаборатории Джона Энгельхардта, профессора UI и DEO анатомии и клеточной биологии. "Ни один другой тип клеток в легких не был идентифицирован с такой пластичностью стволовых клеток."
Поскольку у людей есть подслизистые железы на протяжении дыхательных путей, эта специализированная ниша для МЭК может играть важную роль в регенерации легких и заболеваниях.
Команда далее исследовала сигнальные механизмы, контролирующие регенеративную способность МЭК. Сосредоточившись на белке фактора транскрипции под названием Lef-1, который, как они ранее показали, играет важную роль в развитии желез, исследователи обнаружили, что повышающая регуляция Lef-1 увеличивает способность МЭК мигрировать, пролиферировать и дифференцироваться. Более того, сверхэкспрессии Lef-1 в MEC было достаточно для активации регенеративного ответа клеток даже при отсутствии повреждения дыхательных путей.
Это открытие предполагает, что манипулирование передачей сигналов Lef-1 в MEC может иметь серьезные последствия для разработки практических подходов регенеративной медицины к лечению заболеваний дыхательных путей, таких как астма, хроническая обструктивная болезнь легких (ХОБЛ) и кистозный фиброз.
"Мы определили потенциально важную мишень стволовых клеток и определили центральный механизм, который задействует регенерацию стволовых клеток," говорит Томас Линч, доктор философии, постдокторский исследователь UI и соавтор исследования. "Мы надеемся, что это новое знание ускорит разработку регенеративных лекарств, таких как генная терапия и фармацевтические препараты для лечения заболеваний легких."