Riprogrammazione dipendente dall'EGF indotta dal fumo della funzione delle cellule basali delle vie aeree

L'epitelio delle vie aeree è composto da 4 principali tipi di cellule, tra cui cellule ciliate, cellule secretorie, cellule colonnari indifferenziate e cellule basali (BC). I primi cambiamenti associati allo sviluppo di malattie polmonari indotte dal fumo, come la broncopneumopatia cronica ostruttiva (BPCO) e il cancro ai polmoni, si verificano nell'epitelio delle vie aeree, tra cui iperplasia BC, metaplasia squamosa, iperplasia e metaplasia delle cellule mucose, compromissione della struttura delle cellule ciliate e funzione, perdita di cellule di Clara e aumento della permeabilità epiteliale a causa della compromissione della barriera giunzionale. Ipotizziamo che fondamentali per questi cambiamenti siano gli squilibri indotti dal fumo di BC, la popolazione di cellule staminali/progenitrici che può auto-rinnovarsi e differenziarsi in cellule ciliate e secretorie. Utilizzando le tecnologie stabilite nel nostro laboratorio per coltivare la popolazione pura di BC dall'epitelio delle vie aeree umane, per indurre la differenziazione di questi BC nell'interfaccia aria-liquido e per valutare il trascrittoma del BC purificato rispetto a quello dell'epitelio differenziato completo delle vie aeree, il nostro preliminare i dati indicano che: (1) il BC delle vie aeree mostra una distinta firma di espressione genica relativa alla funzione delle cellule staminali/progenitrici, inclusa un'elevata espressione del recettore del fattore di crescita epidermico (EGFR); (2) il BC delle vie aeree dei fumatori sani ha un diverso pattern di espressione genica rispetto ai non fumatori, con arricchimento di categorie funzionali legate al ciclo cellulare e alla proliferazione e down-regulation dei geni associati alla differenziazione; e (3) l'espressione costitutiva dell'EGF nel BC e nelle cellule differenziate è appena rilevabile, ma il fumo regola selettivamente l'espressione dell'EGF nelle cellule differenziate dell'epitelio delle vie aeree in vivo. Sulla base di questi dati e sulla consapevolezza che la segnalazione dell'EGFR svolge un ruolo centrale nella regolazione della proliferazione e differenziazione cellulare nell'epitelio delle vie aeree, il concetto centrale di questa proposta è che l'espressione indotta dal fumo da parte di cellule differenziate attivi BC tramite l'EGFR alterando la molecola fenotipo delle vie aeree BC e compromettendo la loro capacità di generare un normale epitelio differenziato delle vie aeree. Per valutare questo concetto, saranno affrontati i seguenti obiettivi:

Obiettivo 1. Per determinare se la stimolazione del BC delle vie aeree da parte di non fumatori sani con EGF induce geni e percorsi correlati ai fenotipi associati al fumo, ad es. Iperplasia BC, metaplasia squamosa, metaplasia mucosa, ciglia anormali, diminuzione del numero di cellule di Clara e integrità giunzionale compromessa.

Obiettivo 2. Testare l'ipotesi che la stimolazione del BC delle vie aeree da parte di soggetti sani non fumatori con EGF alteri la differenziazione del BC nella coltura dell'interfaccia aria-liquido, con generazione di fenotipi associati al fumo (vedi Obiettivo 1).

Obiettivo 3. Testare l'ipotesi che in seguito all'esposizione apicale all'estratto di fumo di sigaretta, le cellule epiteliali differenziate delle vie aeree derivate dal BC di non fumatori sani rilascino quantità aumentate di EGF nel surnatante apicale, che altererà la capacità del BC di non fumatori sani di generare cellule differenziate normali epitelio delle vie aeree e che il blocco dell'EGF in questo supernatante abolirà questo effetto.