Роль ионоцитов изучили на хорьках

В биологических исследованиях широко применяются трансгенные мыши, но они подходят не во всех случаях. Так, мышиные легкие не очень хорошо моделируют процессы, происходящие у человека, и такие болезни, как муковисцидоз. Мутации в гене CFTR приводят к колонизации бактериями легких хорьков, свиней и человека, но не мышей. У мышиных моделей муковисцидоза болезнь легких не развивается спонтанно. Это связано с различиями в анатомии и функционировании легких. Поэтому на мышах тяжело изучать, например, роль обогащенных CFTR клеток — ионоцитов легких. Тем временем ранее уже было показано, что эти клетки играют важную зависящую от CFTR роль в проксимальных дыхательных путях. В новой работе ученые из США исследовали потенциал использования хорьков для моделирования процессов, происходящих в легких человека при муковисцидозе, и анализа роли ионоцитов легких.

Транскрипционный фактор FOXI1 необходим для спецификации клеток-предшественников ионоцитов у многих видов. Сначала авторы получили хорьков с нокаутом FOXI1, применив CRISPR-систему на зиготах. У этих животных образовывались кисты в почках, здоровье у них было слабое, и большинство не доживало до 8 недель.

CFTR играет важную роль в абсорбции и секреции жидкости, направляя движение ионов натрия и хлора через эпителий дыхательных путей. У рыб ионоциты избавляются от лишних ионов в соленой воде и задерживают их в пресной. Авторы предположили, что ионоциты хорьков играют схожую функцию, регулируя гомеостаз жидкости дыхательных путей. Действительно, как и культуры клеток от пациентов с муковисцидозом, клетки с нокаутом FOXI1 в 2,3 раза медленнее абсорбировали жидкость, чем клетки дикого типа. Также была нарушена секреция Cl⁻ и HCO3⁻.

Опосредованная CFTR секреция Cl⁻ и HCO3⁻ контролирует вязкость слизи при муковисцидозе через регуляцию секреции жидкости и хелатирования ионов Ca²⁺. У хорьков с нокаутом FOXI1 или CFTR была повышена вязкость жидкости на поверхности дыхательных путей. А при нокауте FOXI1 был снижен мукоцилиарный клиренс трахеи, причем это снижение было сопоставимо с моделью муковисцидоза. Таким образом, было показано, что ионоциты легких — регуляторы свойств жидкости на поверхности дыхательных путей, они играют роль в мукоцилиарном клиренсе, а их потеря воспроизводит фенотип муковисцидоза.

Далее авторы получили еще две трансгенные модели, которые позволяли отслеживать ионоциты легких и удалять CFTR только в этих клетках. Опыты на новых моделях показали, что ионоциты напрямую участвуют в транспорте анионов, и им необходим для этого CFTR.

Также ученые профилировали транскриптомы 94 664 эпителиальных клетки трахеи различных моделей хорьков. Из них 77 099 прошли контроль качества. Ионоциты легких экспрессировали различные ионный каналы, что соотносится с их ролью в транспорте ионов.

Авторы проанализировали локализацию ионоцитов легких у хорьков. Они также показали, что существуют три подтипа этих клеток, кластеризовав заново их транскриптомные сигнатуры. В типе А силнее экспрессировались гены ионных каналов, в типе B — гены, связанные с иммунным ответов, а в типе C — гены, связанные с движением и пролиферацией, чем эти клетки похожи на клетки-предшественники.

Таким образом, ионоциты хорьков поддерживают гомеостаз жидкости на поверхности дыхательных путей. Выделено три их подтипа, при этом тип C может быть предшественником типов A и B. Генетические подход, описанный авторами, можно использовать для изучения вклада отдельных клеток в ход генетических заболеваний в отдельных органах.

Как митохондрии участвуют в перепрограммировании клеток