Stamceller som er felles for samutviklingen av hjerte og lunge, forklarer tilpasningen til livet

Tirsdag 23. juli 2013.-I en ny artikkel publisert denne uken i tidsskriftet 'Nature', demonstrerer et team fra Perelman School of Medicine ved University of Pennsylvania, USA at lungevaskulaturen, blodårene som kobler sammen hjertet til lungen utvikler seg selv i fravær av lungen. Mus der lungeutviklingen hemmes, har fremdeles lungeblodkar, noe som avslørte forskere at hjerteforfedre, eller stamceller, er essensielle for koordiopulmonal samutvikling.
Utviklingen av tilpasninger for livet på jorden har lenge forundret biologer, som vet at samutviklingen av hjerte- og lungesystemene er en nyere evolusjonær tilpasning til livet utenfor vann, det vil si koblingen av funksjon av hjertet med funksjonen til gassutveksling av lungen, et av de nyeste organene som har utviklet seg hos pattedyr og absolutt det viktigste for terrestrisk liv.
Den koordinerte modningen av cellene i disse to systemene er illustrert under embryonal utvikling, når de primitive stamfadecellene i lungen stikker ut i de primitive hjertets stamfaderceller når de to organene utvikler seg parallelt for å danne den kardiopulmonale sirkulasjonen. Imidlertid er lite kjent om de molekylære signalene som styrer samtidig utvikling og hvordan en vanlig stamfadercelle for begge organer kan påvirke patologien til beslektede sykdommer, for eksempel pulmonal hypertensjon.
Penn's team, ledet av Edward E. Morrisey, professor i medisin og cellulær og utviklingsbiologi og vitenskapelig direktør ved Penn Institute for Regenerative Medicine, identifiserte en populasjon av multipotente kardiopulmonale mesoderm progenitorceller som de kalte CPP, som kan skilles fra mange andre tidlige embryonale celler ved uttrykk av et godt studert signalmolekyl, Wnt2.
"Vi lurer på om disse stamcellene er i stand til å generere hjerte og lunge - sier Morrisey -. Våre data viser at det er positive Wnt2-celler før lungeutvikling og hjelper til med å koordinere samutviklingen av lunge og hjerte ved å generere celler i begge vevene. "
Spørsmålet om hvordan lungen utvikler seg og kobles til det kardiovaskulære systemet har fascinert Morrisey laboratorieteam i mange år. "Det er ganske åpenbart for alle som har studert anatomi hos de fleste landdyr at hjertet og lungen er nært knyttet sammen. Dette gjenspeiles selv i klinisk medisin, der mange steder, inkludert Perelman School of Medicine, hvis avdeling for kardiovaskulær medisin en gang var kjent som Divisjon for hjerte- og lungemedisin, "sier Morrisey.
Morriseys laboratorium begynte forskningen sin med å stille et par enkle spørsmål: hvordan samvirker lunge og hjerte og hva er de kritiske signalene som regulerer denne prosessen? Gjennombruddet i dette arbeidet kom da teamet preget ekspresjonsmønsteret til Wnt2-genet.
"Wnt2 kommer til uttrykk på et unikt sted i det tidlige embryoet, nøyaktig mellom hjertets begynnelse og tarmrøret, hvorfra lungene vil oppstå, " sa denne forskeren. Dette gjorde at forfatterne kunne lage et modellsystem i mus, hvis hjerte-lungeanatomi er veldig lik den hos mennesker, og undersøke om Wnt2-positive celler kunne koordinere samutviklingen av hjerte og lunge.
Ved å spore denne cellelinjen, viste de at Wnt2-celler genererer individuelle kloner som igjen genererer både hjerte- og lungevev, inkludert kardiomyocytter og blodkarceller som vaskulær glatt muskel. Dermed oppdaget de at CPPs er i stand til å generere de aller fleste av de tidlige embryonale celletyper i hjerte og lunge. Disse studiene viste også at forskjellige cellelinjer i lungen er relatert, for eksempel at vaskulære glatte muskler og luftveier har en felles stamfadercelle i lungen.
Utviklingen av CPP er regulert av uttrykk av et annet kjent protein kalt 'pinnsvin', som er nødvendig for riktig tilkobling av lungevaskulaturen til hjertet. Disse studiene viser at 'pinnsvin', som også kommer til uttrykk ved tidlige lungeforløperceller, hjelper til med å fremme CPP til å differensiere til den glatte muskelkomponenten i lungevaskulaturen.
Disse funnene identifiserer en ny populasjon av kraftige flere hjerte- og lungeforebyggere som koordinerer samutviklingen av hjerte og lunge, som er nødvendig for tilpasning til terrestrisk eksistens. I tillegg har de også viktige implikasjoner for sykdommer som påvirker begge organer, for eksempel pulmonal hypertensjon, siden det ikke er klart om pulmonal hypertensjon først og fremst er en lungesykdom eller om det også er indre defekter i hjertet eller hjerte-kar-systemet.
Identifiseringen av CPP-er kan gi viktige data om pulmonal hypertensjon og andre sykdommer ved å identifisere en vanlig stamfadercelle for begge organer. Fremtidige studier vil fokusere på om CPP eksisterer i det voksne hjerte-lungesystemet og om de spiller en rolle i responsen fra lungene og hjertet på en skade eller sykdom.
Kilde: www.DiarioSalud.net