Rauchen-induzierte EGF-abhängige Neuprogrammierung der Basalzellfunktion der Atemwege

Das Atemwegsepithel besteht aus vier Hauptzelltypen, darunter Flimmerzellen, sekretorischen Zellen, undifferenzierten Säulenzellen und Basalzellen (BC). Die frühesten Veränderungen, die mit der Entwicklung von durch Rauchen verursachten Lungenerkrankungen wie chronisch obstruktiver Lungenerkrankung (COPD) und Lungenkrebs einhergehen, treten im Atemwegsepithel auf, einschließlich BC-Hyperplasie, Plattenepithelmetaplasie, Schleimzellhyperplasie und -metaplasie sowie einer beeinträchtigten Flimmerzellstruktur und Funktion, Verlust von Clara-Zellen und erhöhte Epithelpermeabilität aufgrund einer beeinträchtigten Verbindungsbarriere. Wir gehen davon aus, dass diese Veränderungen durch rauchbedingte Störungen von BC, der Stamm-/Vorläuferzellpopulation, die sich selbst erneuern und in Flimmer- und Sekretionszellen differenzieren kann, von grundlegender Bedeutung sind. Unter Verwendung von in unserem Labor etablierten Technologien zur Kultivierung einer reinen BC-Population aus dem menschlichen Atemwegsepithel, um die Differenzierung dieser BC an der Luft-Flüssigkeits-Grenzfläche zu induzieren und um das Transkriptom von gereinigtem BC im Vergleich zu dem des vollständig differenzierten Atemwegsepithels zu bewerten, unser vorläufiges Ergebnis Die Daten zeigen, dass: (1) Atemwegs-BC eine ausgeprägte Genexpressionssignatur aufweisen, die für die Stamm-/Vorläuferzellfunktion relevant ist, einschließlich einer hohen Expression des epidermalen Wachstumsfaktorrezeptors (EGFR); (2) Atemwegs-BC von gesunden Rauchern weisen im Vergleich zu Nichtrauchern ein anderes Genexpressionsmuster auf, mit einer Anreicherung funktioneller Kategorien im Zusammenhang mit Zellzyklus und Proliferation sowie einer Herunterregulierung differenzierungsassoziierter Gene; und (3) die konstitutive EGF-Expression in BC und differenzierten Zellen ist kaum nachweisbar, aber Rauchen reguliert die EGF-Expression in differenzierten Zellen des Atemwegsepithels in vivo selektiv hoch. Basierend auf diesen Daten und auf der Erkenntnis, dass die EGFR-Signalübertragung eine zentrale Rolle bei der Regulierung der Zellproliferation und -differenzierung im Atemwegsepithel spielt, besteht das zentrale Konzept dieses Vorschlags darin, dass die durch Rauchen induzierte Expression durch differenzierte Zellen BC über EGFR aktiviert und so das Molekül verändert Phänotyp der Atemwege BC und beeinträchtigt ihre Fähigkeit, normales differenziertes Atemwegsepithel zu bilden. Zur Bewertung dieses Konzeptes werden folgende Ziele adressiert:

Ziel 1. Um festzustellen, ob die Stimulation des Atemwegs-BC bei gesunden Nichtrauchern mit EGF Gene und Signalwege induziert, die mit rauchassoziierten Phänotypen in Zusammenhang stehen, z. BC-Hyperplasie, Plattenepithelmetaplasie, Schleimmetaplasie, abnormale Zilien, verminderte Clara-Zellzahl und beeinträchtigte Verbindungsintegrität.

Ziel 2. Testen der Hypothese, dass die Stimulation des Atemwegs-BC bei gesunden Nichtrauchern mit EGF die BC-Differenzierung in der Luft-Flüssigkeits-Grenzflächenkultur verändert und rauchassoziierte Phänotypen erzeugt (siehe Ziel 1).

Ziel 3. Um die Hypothese zu testen, dass bei apikaler Exposition gegenüber Zigarettenrauchextrakt differenzierte Atemwegsepithelzellen, die aus BC von gesunden Nichtrauchern stammen, erhöhte Mengen an EGF in den apikalen Überstand freisetzen, was die Fähigkeit von BC von gesunden Nichtrauchern verändern wird, normale differenzierte Zellen zu erzeugen Atemwegsepithel, und dass die Blockierung von EGF in diesem Überstand diesen Effekt aufhebt.