Røyking-indusert EGF-avhengig omprogrammering av luftveis basalcellefunksjon

Luftveisepitel er sammensatt av 4 hovedcelletyper, inkludert cilierte celler, sekretoriske celler, udifferensierte søyleceller og basalceller (BC). De tidligste endringene assosiert med utviklingen av røyking-induserte lungesykdommer, som kronisk obstruktiv lungesykdom (KOLS) og lungekreft, forekommer i luftveisepitelet, inkludert BC-hyperplasi, plateepitelmetaplasi, slimcellehyperplasi og metaplasi, svekket cilierte cellestruktur og funksjon, tap av Clara-celler og økt epitelpermeabilitet på grunn av svekket junctional barriere. Vi antar at grunnleggende for disse endringene er røyking-induserte forstyrrelser av BC, stam-/progenitorcellepopulasjonen som kan fornye seg selv og differensiere til cilierte og sekretoriske celler. Ved å bruke teknologier etablert i laboratoriet vårt for å dyrke ren populasjon av BC fra det menneskelige luftveisepitel, for å indusere differensiering av disse BC i luft-væske-grensesnittet, og for å vurdere transkriptomet til renset BC sammenlignet med det til det fullstendig differensierte luftveisepitelet, vår foreløpige data indikerer at: (1) luftveis-BC viser en distinkt genekspresjonssignatur som er relevant for stam-/stamcellefunksjon, inkludert høy ekspresjon av epidermal vekstfaktorreseptor (EGFR); (2) luftveis-BC fra friske røykere har et annet genuttrykksmønster sammenlignet med ikke-røykere, med berikelse av funksjonelle kategorier relatert til cellesyklus og spredning og nedregulering av differensieringsassosierte gener; og (3) konstitutiv EGF-ekspresjon i BC og differensierte celler er knapt detekterbar, men røyking oppregulerer selektivt EGF-ekspresjon i differensierte celler i luftveisepitelet in vivo. Basert på disse dataene og på kunnskapen om at EGFR-signalering spiller en sentral rolle i reguleringen av celleproliferasjon og differensiering i luftveisepitelet, er det sentrale konseptet i dette forslaget at røyking-indusert ekspresjon av differensierte celler aktiverer BC via EGFR som endrer molekylet. fenotype av luftveier BC og svekke deres evne til å generere normalt differensiert luftveisepitel. For å vurdere dette konseptet, vil følgende mål bli adressert:

Mål 1. For å bestemme om stimulering av luftveis-BC fra friske ikke-røykere med EGF induserer gener og veier relatert til røykeassosierte fenotyper, f.eks. BC-hyperplasi, plateepitelmetaplasi, slimmetaplasi, unormale flimmerhår, redusert Clara-celleantall og kompromittert koblingsintegritet.

Mål 2. Å teste hypotesen om at stimulering av luftveis-BC fra friske ikke-røykere med EGF endrer BC-differensiering i luft-væske-grensesnittkultur, med generering av røykeassosierte fenotyper (se mål 1).

Mål 3. Å teste hypotesen om at ved apikal eksponering for sigarettrøykekstrakt, frigjør differensierte luftveisepitelceller avledet fra BC fra friske ikke-røykere økte mengder EGF i den apikale supernatanten, noe som vil endre evnen til BC til friske ikke-røykere til å generere normal differensiert luftveisepitel, og at blokkering av EGF i denne supernatanten vil oppheve denne effekten.