Utvecklingen av anpassningar för livet på jorden har länge förundrat biologer, som vet att samutvecklingen av hjärt- och lungsystemen är en nyligen utvecklad anpassning till livet utanför vatten, det vill säga kopplingen av hjärtans funktion med funktionen av gasutbyte av lungan, ett av de senaste organen som har utvecklats hos däggdjur och utan tvekan det viktigaste för jordlivet.
Den koordinerade mognaden av cellerna i dessa två system illustreras under embryonisk utveckling, när de primitiva stamcellerna i lungan sticker ut i de primitiva hjärtfödselcellerna när de två organen utvecklas parallellt för att bilda den hjärt-lungcirkulationen. Det är emellertid lite känt om molekylsignalerna som styr samtidig utveckling och hur en gemensam stamceller för båda organen kan påverka patologin för besläktade sjukdomar, såsom pulmonell hypertoni.
Penn's team, under ledning av Edward E. Morrisey, professor i medicin och cellulär och utvecklingsbiologi och vetenskaplig chef för Penn Institute for Regenerative Medicine, identifierade en population av multipotenta kardiopulmonala mesodermprogenitorceller som de kallade CPP, vilket kan skiljas från många andra tidiga embryonala celler genom expression av en väl studerad signalmolekyl, Wnt2.
"Vi undrar om dessa stamceller kan generera hjärta och lunga - säger Morrisey. Våra data visar att det finns positiva Wnt2-celler innan lungutvecklingen och hjälper till att samordna samutvecklingen av lunga och hjärta genom att generera celler i båda vävnaderna. "
Frågan om hur lungan utvecklas och ansluter till det kardiovaskulära systemet har fascinerat Morrisey laboratorieteam i många år. "Det är ganska uppenbart för alla som har studerat anatomi hos de flesta landdjur att hjärtat och lungan är intimt förbundna. Detta återspeglas även i klinisk medicin, där många ställen, inklusive Perelman School of Medicine, vars division Cardiovascular Medicine var en gång känd som Division of Cardiopulmonary Medicine, säger Morrisey.
Morriseys laboratorium inledde sin forskning genom att ställa ett par enkla frågor: hur utvecklas lungan och hjärtat och vilka är de kritiska signalerna som reglerar denna process? Genombrottet i detta arbete kom när teamet kännetecknade uttrycksmönstret för Wnt2-genen.
"Wnt2 uttrycks på en unik plats i det tidiga embryot, exakt mellan början av hjärtat och tarmen, varifrån lungan kommer att uppstå, " sa denna forskare. Detta gjorde det möjligt för författarna att skapa ett modellsystem i möss, vars kardiopulmonala anatomi är mycket lik den hos människor, och undersöka om Wnt2-positiva celler kunde samordna samutvecklingen av hjärta och lunga.
Genom att spåra denna cellstamning visade de att Wnt2-celler genererar enskilda kloner som i sin tur genererar både hjärta- och lungvävnad, inklusive kardiomyocyter och blodkärlceller, såsom vaskulär glatt muskel. Således upptäckte de att CPP: er är kapabla att generera den stora majoriteten av tidiga embryonala celltyper i hjärta och lunga. Dessa studier visade också att olika celllinjer i lungan är relaterade, till exempel att vaskulära glatta muskler och luftvägar har en gemensam stamceller i lungan.
Utvecklingen av CPP regleras av uttrycket av ett annat välkänt protein som kallas "igelkott", vilket krävs för korrekt anslutning av lungkärlsystemet till hjärtat. Dessa studier visar att "igelkott", som också uttrycks av tidiga lungceller, hjälper till att främja CPP för att differentiera sig till den glatta muskelkomponenten i lungkärlsystemet.
Dessa fynd identifierar en ny population av kraftfulla flera hjärt-lungfamfödare som koordinerar samutvecklingen av hjärta och lunga, vilket krävs för anpassning till markbunden existens. Dessutom har de också viktiga konsekvenser för sjukdomar som drabbar båda organen, till exempel lunghypertoni, eftersom det inte är klart om pulmonell hypertoni främst är en lungsjukdom eller om det också finns inneboende defekter i hjärtat eller hjärt-kärlsystemet.
Identifieringen av CPP: er kan ge viktiga data om pulmonell hypertoni och andra sjukdomar genom att identifiera en gemensam stamceller för båda organen. Framtida studier kommer att fokusera på huruvida CPP finns i det vuxna hjärt-lungsystemet och om de spelar en roll i lungans och hjärtans svar på en skada eller sjukdom.
Källa: www.DiarioSalud.net
