Kouřením indukované přeprogramování funkce bazálních buněk dýchacích cest závislé na EGF

Epitel dýchacích cest se skládá ze 4 hlavních typů buněk, včetně řasinkových buněk, sekrečních buněk, nediferencovaných sloupcových buněk a bazálních buněk (BC). Nejčasnější změny spojené s rozvojem plicních onemocnění vyvolaných kouřením, jako je chronická obstrukční plicní nemoc (CHOPN) a rakovina plic, se vyskytují v epitelu dýchacích cest, včetně hyperplazie BC, skvamózní metaplazie, hyperplazie slizničních buněk a metaplazie, narušená struktura řasinkových buněk a funkce, ztráta buněk Clara a zvýšená permeabilita epitelu v důsledku narušené junkční bariéry. Předpokládáme, že základem těchto změn jsou kouřením vyvolané poruchy BC, populace kmenových/progenitorových buněk, které se mohou samoobnovovat a diferencovat na ciliované a sekreční buňky. Pomocí technologií zavedených v naší laboratoři ke kultivaci čisté populace BC z epitelu lidských dýchacích cest, k indukci diferenciace těchto BC na rozhraní vzduch-kapalina a k posouzení transkriptomu purifikovaného BC ve srovnání s transkriptomem kompletního diferencovaného epitelu dýchacích cest. data naznačují, že: (1) BC dýchacích cest vykazují zřetelný podpis genové exprese relevantní pro funkci kmenových/progenitorových buněk, včetně vysoké exprese receptoru epidermálního růstového faktoru (EGFR); (2) BC v dýchacích cestách od zdravých kuřáků mají odlišný vzor genové exprese ve srovnání s nekuřáky, s obohacením funkčních kategorií souvisejících s buněčným cyklem a proliferací a down-regulací genů spojených s diferenciací; a (3) konstitutivní exprese EGF v BC a diferencovaných buňkách je sotva detekovatelná, ale kouření selektivně upreguluje expresi EGF v diferencovaných buňkách epitelu dýchacích cest in vivo. Na základě těchto údajů a na základě znalosti, že signalizace EGFR hraje ústřední roli v regulaci buněčné proliferace a diferenciace v epitelu dýchacích cest, ústředním konceptem tohoto návrhu je, že exprese vyvolaná kouřením diferencovanými buňkami aktivuje BC prostřednictvím EGFR a mění molekulární fenotyp BC dýchacích cest a narušení jejich schopnosti vytvářet normální diferencovaný epitel dýchacích cest. Pro posouzení tohoto konceptu budou sledovány následující cíle:

Cíl 1. Ke stanovení, zda stimulace BC dýchacích cest od zdravých nekuřáků pomocí EGF indukuje geny a dráhy související s fenotypy spojenými s kouřením, např. Hyperplazie BC, skvamózní metaplazie, mukózní metaplazie, abnormální řasinky, snížený počet buněk Clara a narušená integrita spojení.

Cíl 2. Otestovat hypotézu, že stimulace BC v dýchacích cestách od zdravých nekuřáků pomocí EGF mění diferenciaci BC v kultuře rozhraní vzduch-kapalina s generováním fenotypů spojených s kouřením (viz Cíl 1).

Cíl 3. Otestovat hypotézu, že po apikální expozici extraktu cigaretového kouře uvolňují diferencované epiteliální buňky dýchacích cest odvozené z BC zdravých nekuřáků zvýšené množství EGF do apikálního supernatantu, což změní schopnost BC zdravých nekuřáků vytvářet normální diferencované epitel dýchacích cest a že blokování EGF v tomto supernatantu tento efekt zruší.