Ryge-induceret EGF-afhængig omprogrammering af luftvejs basalcellefunktion

Luftvejsepitel er sammensat af 4 hovedcelletyper, herunder cilierede celler, sekretoriske celler, udifferentierede søjleceller og basalceller (BC). De tidligste ændringer i forbindelse med udviklingen af ​​ryge-inducerede lungesygdomme, såsom kronisk obstruktiv lungesygdom (KOL) og lungekræft, forekommer i luftvejsepitel, herunder BC-hyperplasi, pladeepitelmetaplasi, slimhindehyperplasi og metaplasi, nedsat cilieret cellestruktur og funktion, tab af Clara-celler og øget epitelpermeabilitet på grund af svækket junctional barriere. Vi antager, at fundamentalt for disse ændringer er ryge-inducerede forstyrrelser af BC, stam-/progenitorcellepopulationen, der kan selvforny og differentiere til cilierede og sekretoriske celler. Ved at bruge teknologier etableret i vores laboratorium til at dyrke ren population af BC fra det menneskelige luftvejsepitel, til at inducere differentiering af disse BC i luft-væske-grænsefladen og til at vurdere transkriptomet af oprenset BC sammenlignet med det af det fuldstændigt differentierede luftvejsepitel, vores foreløbige data indikerer, at: (1) luftvejs-BC udviser en distinkt genekspressionssignatur, der er relevant for stam-/progenitorcellefunktion, herunder høj ekspression af den epidermale vækstfaktorreceptor (EGFR); (2) luftvejs-BC fra raske rygere har et andet genekspressionsmønster sammenlignet med ikke-rygere, med berigelse af funktionelle kategorier relateret til cellecyklus og proliferation og nedregulering af differentieringsassocierede gener; og (3) konstitutiv EGF-ekspression i BC og differentierede celler er næppe detekterbar, men rygning opregulerer selektivt EGF-ekspression i differentierede celler i luftvejsepitelet in vivo. Baseret på disse data og på viden om, at EGFR-signalering spiller en central rolle i reguleringen af ​​celleproliferation og -differentiering i luftvejsepitelet, er det centrale koncept i dette forslag, at ryge-induceret ekspression af differentierede celler aktiverer BC via EGFR, hvilket ændrer det molekylære fænotype af luftvejs BC og svække deres evne til at generere normalt differentieret luftvejsepitel. For at vurdere dette koncept vil følgende mål blive behandlet:

Mål 1. For at bestemme om stimulering af luftvejs-BC fra raske ikke-rygere med EGF inducerer gener og veje relateret til ryge-associerede fænotyper, f.eks. BC-hyperplasi, pladecellemetaplasi, slimmetaplasi, unormale cilia, nedsat Clara-celleantal og kompromitteret junctional integritet.

Formål 2. At teste hypotesen om, at stimulering af luftvejs-BC fra raske ikke-rygere med EGF ændrer BC-differentiering i luft-væske-grænsefladekultur med generering af ryge-associerede fænotyper (se mål 1).

Formål 3. At teste hypotesen om, at ved apikal eksponering for cigaretrøgekstrakt frigiver differentierede luftvejsepitelceller afledt af BC fra raske ikke-rygere øgede mængder af EGF i den apikale supernatant, hvilket vil ændre evnen af ​​BC hos raske ikke-rygere til at generere normal differentieret luftvejsepitel, og at blokering af EGF i denne supernatant vil ophæve denne effekt.