Badania komórkowe wykazały, że jonocyty płucne, rzadki typ komórek dróg oddechowych wytwarzający wysoki poziom CFTR – białka wadliwego w mukowiscydozie (CF) – regulują kwasowość cieczy pokrywającej powierzchnię dróg oddechowych.

Wyniki wykazały również, że komórki klubowe, inny rodzaj komórek wyściełających drogi oddechowe, wytwarzają i uwalniają większość płynu w drogach oddechowych.

„W mukowiscydozie nieprawidłowe funkcjonowanie jonocytów i komórek klubowych powoduje zakwaszenie i odwodnienie [airway surface liquid]powodując zmniejszenie właściwości przeciwdrobnoustrojowych i klirensu śluzowo-rzęskowego” – napisali naukowcy.

Według zespołu naukowców z Uniwersytetu Saskatchewan (USask) w Kanadzie wyniki tych prac mogą prowadzić do opracowania nowych rodzajów leczenia mukowiscydozy.

„Wykazano, że nieprawidłowa kwasowość dróg oddechowych jest ważnym elementem patobiologii chorób płuc wywołanych mukowiscydozą [biological mechanisms]” – powiedział w notatce prasowej uniwersytetu dr Julian Tam, jeden z autorów badania z USack. „Odkryliśmy, że jonocyty płuc regulują kwasowość dróg oddechowych chorych na CF”.

Badanie na komórkach „Jonocyty płuc regulują pH cieczy na powierzchni dróg oddechowych w pierwotnych ludzkich komórkach nabłonka oskrzeli”, ukazało się w American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine.

rekomendowane lektury

Próba określenia typu komórek dróg oddechowych zaangażowanych w mechanizmy choroby CF

CFTR to białko, które przenika przez błony komórkowe, gdzie pełni rolę bramy kontrolującej przepływ wody i jonów chlorkowych do i z komórek. W CF mutacje w CFTR gen powoduje, że białko CFTR jest wadliwe lub w ogóle go brakuje. To z kolei zakłóca równowagę wodno-solną i prowadzi do gromadzenia się gęstego i lepkiego śluzu, zwłaszcza w płucach.

Różne typy komórek, zwane komórkami nabłonkowymi, wyścielają drogi oddechowe, ale nie jest jasne, który konkretny typ bierze udział w wadliwym przepływie jonów chlorkowych i usuwaniu śluzu, które charakteryzują CF.

Komórki dróg oddechowych obejmują komórki klubowe i podstawne, które są komórkami prekursorowymi, z których powstają inne typy komórek. Komórki rzęskowe z wypustkami przypominającymi szczoteczki pomagają przemieszczać śluz i utrzymywać drogi oddechowe w czystości. Inne typy obejmują wydzielnicze komórki kubkowe, głównych producentów śluzu w płucach i komórki kępkowe, posiadające funkcje czuciowe.

W ostatnich latach odkryto nieznany wcześniej typ komórek, zwany jonocytami płucnymi. Chociaż stanowią one tylko około 1% całkowitej liczby komórek dróg oddechowych, najwięcej jest jonocytów płucnych CFTR ekspresja genów lub aktywność. Wskazuje na to poziom informacyjnego RNA – cząsteczki matrycowej wykorzystywanej przez komórki do produkcji białka pochodzącego z DNA.

„W tej niewielkiej populacji komórek wyraża się większość RNA dla CFTR” – powiedział dr Juan Ianowski, profesor w College of Medicine w USAsk i jeden z autorów badania.

Dodał: „To bardzo trudna rzecz do zbadania, bo jak zbadać 0,5 procent całego nabłonka?”

Terapia genowa, jeśli okaże się skuteczna i będziemy mieli systematyczny sposób jej opracowywania, będzie przełomem w przypadku tej i innych chorób.

Niektóre dowody sugerują, że jonocyty biorą udział w transporcie chlorków za pośrednictwem CFTR, co wpływa na równowagę wodno-solną na powierzchni dróg oddechowych lub na płyn powierzchniowy dróg oddechowych (ASL). Inne dowody wskazują, że głównym typem komórek zaangażowanych w mukowiscydozę są komórki klubowe, a nie jonocyty.

Te sprzeczne ustalenia mogą ograniczyć rozwój terapii mukowiscydozy, takich jak terapia genowa, które wymagają precyzyjnej identyfikacji celów komórkowych.

„Leczenie terapii genowej, jeśli okaże się skuteczne i będziemy mieli systematyczny sposób na jego rozwój, będzie stanowić przełom także w przypadku tej i innych chorób” – powiedział Ianowski.

rekomendowane lektury

Naukowcy badali mechanizmy chorobowe na poziomie pojedynczych komórek

Aby rozwiązać tę kontrowersję, zespół zbadał właściwości transportu jonów jonocytów płucnych i komórek klubowych na poziomie pojedynczych komórek, wykorzystując hodowle ludzkich komórek nabłonka oskrzeli od dawców z CF i dawców innych niż CF.

Według Tam „jednym z narzędzi naszego laboratorium jest specjalistyczna technika, która pozwala nam badać komórki na poziomie pojedynczych komórek”.

„Uważamy, że ważne jest przystosowanie odpowiednich komórek do terapii genowych, zatem wiedza o tym, które komórki pełnią jaką funkcję, umożliwi badaczom dokonanie tego” – powiedział Tam.

Najpierw naukowcy pobudzili transport jonów za pośrednictwem CFTR, a następnie zmierzyli przepływ jonów, w tym chlorku, sodu i wodoru. pH definiuje się jako stężenie jonów wodorowych, przy czym niskie wartości pH sygnalizują obecność większej liczby jonów wodorowych i zwiększoną kwasowość.

Pomiary wykazały, że jonocyty inne niż CF nie wydzielały ani nie uwalniały sodu ani chlorku do ASL.

Mimo to całkowity i maksymalny przepływ jonów chlorkowych i wodorowych był znacznie wyższy w ogniwach innych niż CF niż w ogniwach CF. Leczenie jonocytów CF kombinacją trzech modulatorów CFTR – klasy leków korygujących defekty białek CFTR – spowodowało przywrócenie transportu wodoru i chlorków.

Zamiast tego wydawało się, że jonocyty modulują pH ASL poprzez wydzielanie jonów wodorowęglanowych poprzez wymianę połączoną z CFTR między chlorkiem i wodorowęglanem.

„Wyniki te sugerują, że CFTR rzeczywiście bierze udział w wydzielaniu wodorowęglanów przez jonocyty” – napisali naukowcy.

Stymulacja komórek klubowych innych niż CF spowodowała jednak duży wzrost przepływu sodu i chlorków do ASL. Ponownie zarówno całkowity, jak i maksymalny przepływ sodu i chlorków był znacznie wyższy w komórkach klubowych innych niż CF niż w hodowlach CF, co „jest zgodne z hipotezą, że drogi oddechowe CF zmniejszają tworzenie się ASL” – napisał zespół.

Podobnie jak w przypadku jonocytów, leczenie modulatorami CFTR przywróciło transport sodu i chlorku w komórkach klubowych.

„Nasze wyniki wskazują, że jonocyty i komórki klubowe pełnią różne i specyficzne funkcje w utrzymaniu integralności ASL” – napisali naukowcy. „Aby osiągnąć zdrowy ASL, konieczne może być przywrócenie funkcji wielu typów komórek”.