Wywołane paleniem zależne od EGF przeprogramowanie funkcji podstawowych komórek dróg oddechowych

Nabłonek dróg oddechowych składa się z 4 głównych typów komórek, w tym komórek rzęskowych, komórek wydzielniczych, niezróżnicowanych komórek walcowatych i komórek podstawnych (BC). Najwcześniejsze zmiany związane z rozwojem chorób płuc wywołanych paleniem, takich jak przewlekła obturacyjna choroba płuc (POChP) i rak płuc, zachodzą w nabłonku dróg oddechowych, w tym rozrost BC, metaplazja płaskonabłonkowa, rozrost i metaplazja komórek śluzowych, upośledzona struktura komórek rzęskowych i funkcji, utrata komórek Clara i zwiększona przepuszczalność nabłonka z powodu upośledzonej bariery łączącej. Stawiamy hipotezę, że podstawą tych zmian są wywołane paleniem zaburzenia BC, populacji komórek macierzystych / progenitorowych, które mogą samoodnawiać się i różnicować w komórki rzęskowe i wydzielnicze. Wykorzystując technologie opracowane w naszym laboratorium do hodowli czystej populacji BC z ludzkiego nabłonka dróg oddechowych, do indukowania różnicowania tych BC na granicy faz powietrze-ciecz oraz do oceny transkryptomu oczyszczonego BC w porównaniu z pełnym zróżnicowanym nabłonkiem dróg oddechowych, nasze wstępne dane wskazują, że: (1) drogi oddechowe BC wykazują wyraźną sygnaturę ekspresji genów istotną dla funkcji komórek macierzystych/progenitorowych, w tym wysoką ekspresję receptora naskórkowego czynnika wzrostu (EGFR); (2) drogi oddechowe BC zdrowych palaczy mają inny wzór ekspresji genów w porównaniu z osobami niepalącymi, ze wzbogaceniem kategorii funkcjonalnych związanych z cyklem komórkowym i proliferacją oraz obniżeniem poziomu genów związanych z różnicowaniem; i (3) konstytutywna ekspresja EGF w BC i komórkach zróżnicowanych jest ledwo wykrywalna, ale palenie selektywnie zwiększa ekspresję EGF w zróżnicowanych komórkach nabłonka dróg oddechowych in vivo. Na podstawie tych danych i wiedzy, że sygnalizacja EGFR odgrywa kluczową rolę w regulacji proliferacji i różnicowania komórek w nabłonku dróg oddechowych, główną koncepcją tej propozycji jest to, że indukowana paleniem ekspresja przez zróżnicowane komórki aktywuje BC poprzez EGFR, zmieniając fenotyp BC dróg oddechowych i upośledzenie ich zdolności do generowania prawidłowego zróżnicowanego nabłonka dróg oddechowych. Aby ocenić tę koncepcję, zostaną omówione następujące cele:

Cel 1. Aby określić, czy stymulacja BC dróg oddechowych zdrowych osób niepalących za pomocą EGF indukuje geny i szlaki związane z fenotypami związanymi z paleniem, np. Hiperplazja BC, metaplazja płaskonabłonkowa, metaplazja śluzowa, nieprawidłowe rzęski, zmniejszona liczba komórek Clara i upośledzona integralność połączenia.

Cel 2. Sprawdzenie hipotezy, że stymulacja EGF dróg oddechowych zdrowych osób niepalących zmienia różnicowanie BC w hodowli na granicy faz powietrze-ciecz, z wytworzeniem fenotypów związanych z paleniem (patrz Cel 1).

Cel 3. Sprawdzenie hipotezy, że po ekspozycji wierzchołka na ekstrakt dymu papierosowego zróżnicowane komórki nabłonka dróg oddechowych pochodzące z BC zdrowych osób niepalących uwalniają zwiększone ilości EGF do supernatantu wierzchołka, co zmieni zdolność BC zdrowych osób niepalących do generowania normalnie zróżnicowanych nabłonka dróg oddechowych, a blokowanie EGF w tym supernatancie zniesie ten efekt.