Каталог, описанный сегодня в журнале Nature Medicine, раскрывает новые подтипы клеток и показывает, как болезнь меняет клеточный состав дыхательных путей. Полученные данные могут помочь ученым в их поиске конкретных типов клеток, которые представляют собой главные мишени для генетической и клеточной терапии муковисцидоза.
«Это новое исследование дало нам ценную информацию о клеточном составе как здоровых, так и больных дыхательных путей», – сказал д-р. Бриджит Гомпертс, соавтор исследования и член Центра регенеративной медицины и исследования стволовых клеток Эли и Эдит Брод при Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе. "Если вы можете понять, как все работает в состоянии здоровья, становится легче увидеть, какие клеточные и молекулярные изменения происходят в болезненном состоянии."
Муковисцидоз – прогрессирующее генетическое заболевание, которым страдают более 70000 человек во всем мире, является результатом мутации гена CFTR. Клетки, содержащие дефектный белок, кодируемый геном, производят необычно густую и липкую слизь, которая накапливается в легких и других органах. Эта слизь закупоривает дыхательные пути, задерживая микробы и бактерии, которые могут вызвать опасные для жизни инфекции и необратимое повреждение легких.
Хотя несколько новых методов лечения могут частично восстановить функцию этих поврежденных белков, облегчить симптомы заболевания, замедлить его прогрессирование и улучшить качество жизни, эти методы лечения работают только у людей с некоторыми из многих мутаций CFTR, которые могут вызывать муковисцидоз.
«Мы добились огромного прогресса в разработке методов лечения основной причины кистозного фиброза, но многие люди не могут получить пользу от этих лекарств», – сказал Джон (Джед) Махони, старший соавтор статьи и руководитель отдела стволовых клеток. бригада биологов терапевтической лаборатории фонда муковисцидоза. "Это исследование дает критическое представление о том, как болезнь изменяет клеточный состав дыхательных путей, что позволит ученым лучше ориентироваться на следующее поколение трансформирующих методов лечения всех людей с муковисцидозом."
Исследовательская группа была собрана через Консорциум эпителиальных стволовых клеток Фонда кистозного фиброза, который объединяет ученых со всего США.S. в постоянных усилиях по выявлению различных подтипов стволовых клеток в легких и изучению их функции. Поскольку эти клетки могут самообновляться и производить непрерывный запас специализированных клеток, которые поддерживают, восстанавливают и регенерируют дыхательные пути, методы лечения, направленные на исправление мутаций CFTR в стволовых клетках, дают наилучшую надежду на одноразовое универсальное лечение болезни.
«Этот каталог представляет собой важный шаг к выявлению тех редких стволовых клеток, которые регенерируют дыхательные пути на протяжении всей жизни человека», – сказал Гомпертс, который также является профессором педиатрии и легочной медицины в Медицинской школе Дэвида Геффена в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе. «Мы подозреваем, что эти клетки могут стать мишенями для будущих методов лечения, которые могут обеспечить долгосрочную коррекцию мутации, вызывающей это заболевание."
Смузи без смешивания: как создавался каталог
Для исследования Гомпертс, Махони и их соавторы, Барри Стрипп из Cedars-Sinai и Катрин Плат из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, сравнили образцы тканей, взятых из легких, взятых у 19 человек с муковисцидозом, всем из которых была проведена трансплантация легких, с образцами. взято из здоровых легких, пожертвованных 19 людьми, умершими от других причин.
Исследователи из трех институтов использовали похожие, но разные методы, чтобы разрушить эти ткани и исследовать их с помощью технологии, называемой секвенированием одноклеточной РНК, которая позволила им анализировать тысячи клеток в тандеме и классифицировать их на подтипы на основе паттернов экспрессии их генов. – это какие гены включаются и выключаются.
«Этот процесс аналогичен взятию смузи и его« размешиванию », чтобы обнаружить все ингредиенты, которые он содержит, и измерить, какое количество каждого ингредиента было использовано», – сказал Плат, профессор биологической химии и член UCLA Broad Stem. Центр клеточных исследований.
Используя новый компьютерный подход к биоинформатике для сравнения паттернов экспрессии генов различных клеток, команда смогла создать каталог типов и подтипов клеток, присутствующих в здоровых дыхательных путях и пораженных муковисцидозом, включая некоторые ранее неизвестные подтипы, которые осветить, как болезнь изменяет клеточный ландшафт дыхательных путей.
«Мы были удивлены, обнаружив, что в дыхательных путях людей с муковисцидозом наблюдаются различия в типах и пропорциях базальных клеток, категории клеток, которая включает стволовые клетки, ответственные за восстановление и регенерацию ткани верхних дыхательных путей, по сравнению с дыхательными путями людей без этого заболевания, – сказал Стрипп, профессор медицины и директор программы стволовых клеток легких в Институте регенеративной медицины Совета управляющих Cedars-Sinai.
В частности, исследователи обнаружили, что среди популяций базальных клеток наблюдается относительный избыток клеток, которые, по-видимому, переходят из базальных стволовых клеток в специализированные реснитчатые клетки, которые используют свои пальцевидные выступы для удаления слизи из легких.
«Мы подозреваем, что изменения, которым подвергаются базальные клетки для пополнения ресничных клеток, представляют собой безуспешную попытку очистить слизь, которая обычно накапливается в дыхательных путях пациентов с муковисцидозом», – сказал Стрипп.
Увеличение количества переходных клеток является дополнительным свидетельством того, что экспрессия мутировавшего гена CFTR нарушает нормальную функцию дыхательных путей, что приводит к изменениям в способе, которым базальные стволовые клетки производят специализированные клетки.
Двигаясь вперед, исследователи продолжат изучать новые данные, чтобы понять, как муковисцидоз изменяет клеточный ландшафт дыхательных путей – в том числе, почему происходит этот неудачный переход, – и определить долгоживущие базальные стволовые клетки, которые могут быть идеальной мишенью. для коррекции гена CFTR.