Płuca to złożony narząd, kluczowy dla życia, odpowiedzialny za wymianę gazową i stale narażony na działanie czynników środowiskowych. Zrozumienie procesów ich rozwoju jest fundamentalne dla skutecznego przeciwdziałania chorobom układu oddechowego. Nowe badanie, wykorzystujące wysokoprzepustową transkryptomikę przestrzenną, umożliwiło stworzenie szczegółowej mapy ekspresji genów w rozwijających się płucach myszy. Naukowcy zidentyfikowali 10 odrębnych domen przestrzennych, odpowiadających różnym strukturom anatomicznym i typom komórek w obrębie płuca.
Kluczowe odkrycia
- Wzorzec proksymalno-dystalny
Badanie ujawnia, w jaki sposób rozwijają się drogi oddechowe płuc wzdłuż osi proksymalno-dystalnej, z wyraźnie odmiennymi wzorcami ekspresji genów w częściach bliższych tchawicy (proksymalnych) i dalszych, przy pęcherzykach płucnych (dystalnych). Geny takie jak Sox2 i Foxj1 dominują w strefach proksymalnych, podczas gdy Sox9 i Etv5 występują częściej w regionach dystalnych. - Heterogeniczność nisz pęcherzykowych
Odkryto istnienie dwóch odmiennych nisz pęcherzykowych (D2 i D7), różniących się stanem dojrzałości. Nisza D2, charakteryzująca się wyższą ekspresją genów takich jak Angpt2 i Epha3, wydaje się bardziej dojrzała i odgrywa kluczową rolę w rozwoju pęcherzyków płucnych w okresie okołoporodowym. - Sieci regulacyjne
Zidentyfikowano kluczowe czynniki transkrypcyjne i sieci regulacyjne sterujące rozwojem płuc. Przykładowo, Foxa1 jest niezbędny do rozwoju dróg oddechowych w strefie proksymalnej, natomiast Tbx2 i Cux1 odpowiadają za dojrzewanie części dystalnej i struktur pęcherzykowych. - Szlaki sygnałowe
Szlaki sygnałowe, takie jak VEGF, ANGPT i EPHA, wykazują wysoką aktywność w bardziej dojrzałych niszach pęcherzykowych, co wskazuje na ich rolę w angiogenezie i dojrzewaniu pęcherzyków.
Znaczenie dla zdrowia człowieka
Opracowany atlas molekularny stanowi punkt wyjścia do zrozumienia rozwoju ludzkich płuc i może otworzyć nowe ścieżki terapeutyczne w leczeniu chorób układu oddechowego. Porównując wzorce przestrzennej ekspresji genów u myszy i ludzi, badacze mogą wyodrębnić zarówno cechy wspólne, jak i specyficzne dla danego gatunku, co może prowadzić do identyfikacji nowych celów terapeutycznych w leczeniu chorób takich jak idiopatyczne włóknienie płuc (IPF) czy przewlekła obturacyjna choroba płuc (POChP).
Kierunki dalszych badań
Choć badanie dostarcza szczegółowej mapy rozwoju płuc do momentu narodzin, konieczne są dalsze prace obejmujące późniejsze etapy rozwoju. Integracja testów funkcjonalnych oraz zaawansowanych technik obrazowania może umożliwić jeszcze głębsze zrozumienie dynamicznych procesów kształtujących strukturę płuc.
To przełomowe badanie nie tylko pogłębia wiedzę o biologii płuc, lecz także toruje drogę do innowacyjnych metod regeneracji narządu oraz leczenia chorób układu oddechowego.
Źródło: Science Bulletin
