Исследование проливает свет на молекулярные детали развития легких

Исследователи из Медицинской школы Перельмана при Университете Пенсильвании подготовили подробный молекулярный атлас развития легких, который, как ожидается, станет фундаментальным справочным материалом в будущих исследованиях биологии млекопитающих и новых методов лечения болезней, таких как COVID-19, которые влияют на легкие.


Исследователи, опубликовавшие свое исследование в Наука, создали широкий атлас типов клеток в легком развивающейся и взрослой мыши путем измерения экспрессии генов в тысячах отдельных клеток легких мыши на протяжении всей жизни, охватывая несколько типов клеток и стадий созревания, от раннего развития в утробе матери до зрелого возраста. Анализируя все эти данные, они предсказали тысячи сигнальных взаимодействий между различными типами клеток в развивающемся легком, подтвердили многие из них с помощью функциональных экспериментов и идентифицировали несколько клеток и молекулярных регуляторов, которые критически важны для нормального развития легких.

«Это исследование предоставляет основополагающую информацию, которая поможет нам понять, как развивается функция легких и как ранний постнатальный период жизни является временем быстрой адаптации легких для оптимизации газообмена», – сказал старший научный сотрудник исследования Эдвард Морриси, доктор философии, Робинетт. Основание профессора медицины, профессора клеточной биологии и биологии развития, а также директора Института биологии легких Penn-CHOP в Penn Medicine.

Сбор новых данных, вероятно, будет ценным для разработки будущих методов лечения проблем с легкими в раннем возрасте, включая недостаточное развитие легких у недоношенных детей. Это также может ускорить поиск лучших методов лечения пневмонии и хронической обструктивной болезни легких (ХОБЛ), двух основных причин смерти во всем мире.

Исследование было сосредоточено в основном на этапах развития, ведущих к созреванию альвеол. Эти нежные мешковидные структуры в легких содержат тонкие, богатые капиллярами мембраны, которые регулируют обмен углекислого газа в кровотоке на кислород во вдыхаемом воздухе. В легком среднего человека есть сотни миллионов альвеол, а общая площадь их газообменных мембран оценивается примерно как площадь теннисного корта.

Многие болезни человека, от рождения до старости, нарушают эти жизненно важные структуры. Тем не менее, детали того, как клетки появляются и сигнализируют друг другу о формировании альвеол в раннем периоде жизни, остаются в значительной степени загадочными.

Команда Морриси использовала два относительно новых метода, называемых секвенированием одноклеточной РНК и секвенированием ATAC одной клетки, чтобы записать экспрессию и доступность генов в тысячах отдельных клеток в семи различных точках времени во время развития легких у мышей. Затем они проанализировали активность генов в каждом типе клеток в каждый момент времени, чтобы предсказать, какие клетки производят важные сигнальные молекулы, а какие экспрессируют рецепторы, которые получают эти сигналы. Таким образом, они составили карту предполагаемых взаимодействий между всеми этими клетками, на основе которой они могли идентифицировать ключевые факторы в развитии альвеол. Наконец, они подтвердили активность двух из этих путей, пути Wnt и Sonic Hedgehog (Shh), используя генетические мышиные модели для инактивации их функции в определенных типах клеток, идентифицированных в экспериментах с отдельными клетками.

Новым открытием исследования стало определение типа клеток, известного как эпителиальные клетки альвеолярного типа 1 (AT1), которые, как уже было известно, помогают формировать альвеолярный газообменный интерфейс, как решающий источник и концентратор молекулярных сигналов, направляющих развитие альвеол. . Исследователи также определили, что другой тип клеток, известный как вторичный миофибробласт гребня (SCMF), играет ключевую роль в созревании альвеолярных структур. Кроме того, команда Морриси определила несколько белков факторов транскрипции, которые регулируют активность генов, как решающих для нормального развития альвеол. Было подтверждено, что некоторые из этих результатов происходят в легких у детей. Обширный новый набор данных, созданный исследователями, должен расширить возможности многих будущих исследований, в том числе более глубоких исследований развития легких у человека.

Молекулярные детали того, как развиваются альвеолы, также будут использоваться в будущих исследованиях, направленных на лечение заболеваний, влияющих на эти структуры. Младенцы, рожденные очень недоношенными, часто страдают респираторной недостаточностью, потому что их альвеолы ​​еще не полностью развиты. Пневмонии, которые могут быть вызваны бактериями или вирусами, в том числе -CoV-2, и могут поражать любого человека от детства до старости, обычно характеризуются ураганом повреждающих альвеолы ​​иммунных молекул и иммунных клеток, а также разрушением альвеол. газообменный интерфейс. Точно так же ХОБЛ, которая может возникнуть в результате длительного курения сигарет, включает хроническое воспаление и дегенерацию альвеолярных структур.

0 Комментарий
Inline Feedbacks
View all comments