Celulele stem comune co-dezvoltării inimii și plămânului explică adaptarea vieții

Marți, 23 iulie 2013.-Într-un nou articol publicat săptămâna aceasta în revista „Nature”, o echipă de la Școala de Medicină Perelman a Universității Pennsylvania, din Statele Unite, demonstrează că vasculatura pulmonară, vasele de sânge care se conectează inima până la plămân se dezvoltă chiar și în absența plămânului. Șoarecii în care dezvoltarea pulmonară este inhibată au încă vase de sânge pulmonar, ceea ce a dezvăluit cercetătorilor că progenitorii cardiaci sau celulele stem sunt esențiale pentru co-dezvoltarea cardiopulmonară.
Evoluția adaptărilor pentru viața de pe pământ au încurcat mult biologii, care știu că co-dezvoltarea sistemelor cardiovasculare și pulmonare este o adaptare evolutivă recentă la viața în afara apei, adică cuplarea funcția inimii cu funcția de schimb de gaze a plămânului, unul dintre cele mai recente organe care s-au dezvoltat la mamifere și, fără îndoială, cel mai important pentru viața terestră.
Maturizarea coordonată a celulelor acestor două sisteme este ilustrată în timpul dezvoltării embrionare, când celulele progenitoare primitive ale plămânului ies în celulele progenitoare cardiace primitive pe măsură ce cele două organe se dezvoltă în paralel pentru a forma circulația cardiopulmonară. Cu toate acestea, se știe puțin despre semnalele moleculare care ghidează dezvoltarea simultană și modul în care o celulă progenitoare comună pentru ambele organe poate influența patologia bolilor conexe, cum ar fi hipertensiunea pulmonară.
Echipa lui Penn, condusă de Edward E. Morrisey, profesor de Medicină și Biologie celulară și de dezvoltare și director științific al Institutului Penn pentru Medicină Regenerativă, a identificat o populație de celule progenitoare cu mezoderm cardiopulmonar multipotent pe care le-au numit CPP, care pot fi distinse de mulți alte celule embrionare timpurii prin expresia unei molecule de semnalizare bine studiate, Wnt2.
„Ne întrebăm dacă aceste celule progenitoare sunt capabile să genereze inima și plămânii - spune Morrisey - Datele noastre arată că există celule Wnt2 pozitive înainte de dezvoltarea plămânilor și ajută la coordonarea co-dezvoltării plămânului și inimii prin generarea de celule în ambele țesuturi. "
Întrebarea despre cum se dezvoltă și se conectează plămânul la sistemul cardiovascular a intrigat mulți ani echipa de laborator Morrisey. „Este destul de evident pentru oricine a studiat anatomia majorității animalelor terestre că inima și plămânul sunt strâns legate. Acest lucru este reflectat chiar și în medicina clinică, unde în multe locuri, inclusiv la Școala de Medicină Perelman, a cărei divizie de Medicină Cardiovasculară a fost cunoscută cândva ca Divizia de Medicină Cardiopulmonară ", spune Morrisey.
Laboratorul lui Morrisey și-a început cercetările punând câteva întrebări simple: cum se dezvoltă plămânul și inima și care sunt semnalele critice care reglementează acest proces? Avansul în această lucrare a venit atunci când echipa a caracterizat modelul de expresie al genei Wnt2.
"Wnt2 este exprimat într-un loc unic în embrionul timpuriu, exact între începutul inimii și tubul intestinului, de unde va apărea plămânul", a spus acest om de știință. Acest lucru le-a permis autorilor să creeze un sistem model la șoareci, a căror anatomie cardiopulmonară este foarte similară cu cea a oamenilor, și să investigheze dacă celulele pozitive Wnt2 ar putea coordona co-dezvoltarea inimii și a plămânului.
Urmărind această linie celulară, ei au arătat că celulele Wnt2 generează clone individuale care, la rândul lor, generează atât țesutul cardiac cât și cel pulmonar, inclusiv cardiomiocitele și celulele vaselor de sânge, cum ar fi mușchiul neted vascular. Astfel, au descoperit că CPP sunt capabile să genereze marea majoritate a tipurilor de celule embrionare timpurii din inimă și plămâni. Aceste studii au arătat că diferite linii celulare din plămân sunt legate, de exemplu, că mușchiul neted vascular și căile respiratorii au o celulă progenitoare comună în plămân.
Dezvoltarea CPP este reglementată de expresia unei alte proteine ​​binecunoscute numită „arici”, care este necesară pentru conectarea corespunzătoare a vascularizației pulmonare la inimă. Aceste studii arată că „ariciul”, care este, de asemenea, exprimat de celulele progenitoare pulmonare timpurii, ajută la promovarea CPP pentru diferențierea în componenta musculară netedă a vasculaturii pulmonare.
Aceste descoperiri identifică o nouă populație de progenitori cardiopulmonari multipli puternici, care coordonează co-dezvoltarea inimii și a plămânului, care este necesară pentru adaptarea la existența terestră. În plus, acestea au, de asemenea, implicații importante asupra bolilor care afectează ambele organe, cum ar fi hipertensiunea pulmonară, deoarece nu este clar dacă hipertensiunea pulmonară este în primul rând o boală pulmonară sau dacă există și defecte intrinseci în inimă sau în sistemul cardiovascular.
Identificarea CPP-urilor ar putea furniza date importante despre hipertensiunea pulmonară și alte boli, prin identificarea unei celule progenitoare comune pentru ambele organe. Studiile viitoare se vor concentra asupra existenței CPP în sistemul cardiopulmonar pentru adulți și dacă joacă un rol în răspunsul plămânilor și inimii la o leziune sau boală.