Rökningsinducerad EGF-beroende omprogrammering av luftvägsbasalcellsfunktion

Luftvägsepitel består av fyra huvudcelltyper, inklusive cilierade celler, sekretoriska celler, odifferentierade kolumnära celler och basalceller (BC). De tidigaste förändringarna i samband med utvecklingen av rökinducerade lungsjukdomar, såsom kronisk obstruktiv lungsjukdom (KOL) och lungcancer, inträffar i luftvägsepitelet, inklusive BC-hyperplasi, skivepitelmetaplasi, slemcellshyperplasi och metaplasi, försämrad cellstruktur i cilierade celler och funktion, förlust av Clara-celler och ökad epitelpermeabilitet på grund av försämrad korsningsbarriär. Vi antar att grundläggande för dessa förändringar är rökinducerade störningar av BC, stam/fadercellspopulationen som kan självförnya och differentiera till cilierade och sekretoriska celler. Genom att använda teknologier etablerade i vårt laboratorium för att odla ren population av BC från det mänskliga luftvägsepitelet, för att inducera differentiering av dessa BC i luft-vätskegränssnitt och för att bedöma transkriptomet av renat BC jämfört med det för det fullständigt differentierade luftvägsepitelet, vår preliminära data indikerar att: (1) luftvägs-BC uppvisar en distinkt genuttryckssignatur som är relevant för stam-/progenitorcellsfunktion, inklusive högt uttryck av epidermal tillväxtfaktorreceptor (EGFR); (2) luftvägs-BC från friska rökare har ett annat genuttrycksmönster jämfört med icke-rökare, med berikning av funktionella kategorier relaterade till cellcykel och proliferation och nedreglering av differentieringsassocierade gener; och (3) konstitutivt EGF-uttryck i BC och differentierade celler är knappt detekterbart, men rökning uppreglerar selektivt EGF-uttryck i differentierade celler i luftvägsepitelet in vivo. Baserat på dessa data och på kunskapen om att EGFR-signalering spelar en central roll i regleringen av cellproliferation och differentiering i luftvägsepitelet, är det centrala konceptet i detta förslag att rökinducerat uttryck av differentierade celler aktiverar BC via EGFR som förändrar molekylen fenotyp av luftvägar BC och försämrar deras förmåga att generera normalt differentierat luftvägsepitel. För att bedöma detta koncept kommer följande mål att tas upp:

Mål 1. För att bestämma om stimulering av luftvägs-BC från friska icke-rökare med EGF inducerar gener och vägar relaterade till rökningsassocierade fenotyper, t.ex. BC-hyperplasi, skivepitelmetaplasi, slemmetaplasi, onormala cilier, minskat antal Clara-celler och försämrad förbindelseintegritet.

Syfte 2. Att testa hypotesen att stimulering av BC från friska icke-rökare med EGF förändrar BC-differentiering i luft-vätskegränssnittskultur, med generering av rökningsassocierade fenotyper (se Syfte 1).

Syfte 3. Att testa hypotesen att vid apikal exponering för cigarettrökextrakt, släpper differentierade luftvägsepitelceller från BC hos friska icke-rökare ökade mängder EGF till den apikala supernatanten, vilket kommer att förändra förmågan hos BC hos friska icke-rökare att generera normal differentierad luftvägsepitel, och att blockering av EGF i denna supernatant kommer att upphäva denna effekt.