is Íslenska en English

Lokaverkefni (Doktors)

Háskóli Íslands > Heilbrigðisvísindasvið > Doktorsritgerðir - Heilbrigðisvísindasvið >

Vinsamlegast notið þetta auðkenni þegar þið vitnið til verksins eða tengið í það: http://hdl.handle.net/1946/23657

Titill: 
  • Titill er á ensku The functional role of human bronchial derived basal cells in regeneration and fibrosis
  • Hlutverk grunnfrumna úr berkjuþekju í vefjamyndun og trefjun
Námsstig: 
  • Doktors
Efnisorð: 
Útdráttur: 
  • Útdráttur er á ensku

    The human lung is a branching tubular organ composed of an epithelial layer separated from the surrounding stroma by a basement membrane. Lung epithelial development including branching morphogenesis is dependent on crosstalk between the epithelium and the vascular rich stroma. Although partially described, many important questions remain unanswered; for example, which cell types in the stroma contribute to epithelial morphogenesis. Postnatally, airway progenitor cells have the role of maintaining tissue renewal and homeostasis. Airway basal cells expressing the transcription factor p63 have been shown to possess progenitor cell properties in the conducting airways. The role of basal progenitor cells have been described in the keratinized stratified skin epithelium but less is known about their function in airway epithelium. The well documented association between cell stemness and epithelial to mesenchymal transition (EMT) brings about the hypothesis of a role for progenitor cells in the pathogenesis of lung fibrosis such as idiopathic pulmonary fibrosis (IPF). The cell of origin for IPF is still unknown but there is evidence of EMT in the alveolar type II progenitors. Less is known about the bronchiolar-derived basal cells. Due to the differences in histology and cellular composition between human and mouse lungs there is a need for well defined in vitro culture models. This holds true for development, tissue maintenance and homeostasis, drug delivery and their effects and importantly; diseases that cannot be fully captured in animal models.
    The unifying theme in this thesis is the function of human p63 positive basal progenitor cells of the conducting airways; with the overall aims of describing their morphological potential in vitro, in order to create a platform for research on development and maintenance of airway epithelium and testing the link between this cell type to the poorly defined IPF. VA10 is a p63 positive human bronchial basal epithelial cell line that forms a pseudostratified airway epithelium when cultured at an air-liquid interface (ALI) and polarized round colonies in 3D culture. We demonstrated that endothelial cells stimulate branching morphogenesis of VA10 in 3D coculture, partly through activation of FGF signaling. This contact independent stimulation led to the formation of bronchioalveolar colonies expressing markers for airway and alveolar differentiation. In ALI, the VA10 cells generate a polarized airway epithelium with p63 positive cells located basally and differentiated cells apically. We demonstrated that this epithelium forms a transepithelial electrical resistance (TER) and forms a functional barrier that is able to discriminate between compounds depending on physiochemical properties. We explored the role of p63 in these cells and observed that p63 knockdown resulted in decreased wound healing properties. These knockdown cells were unable to form a functional airway epithelium in ALI culture and showed only a single cell layer with differentiation towards ciliated cells. Unlike their scrambled counterparts, knockdown cells could not differentiate into goblet cells following interleukin-13 stimulation. We explored human tissue samples of IPF and saw clear signs of increasing numbers of activated basal cells in metaplastic epithelium adjacent to fibroblastic foci. Furthermore, the basal cells showed upregulation of EMT markers. We showed that the p63 positive VA10 cells were able to undergo EMT in vitro and knockdown of the p63 inhibited this transition.
    Collectively, this thesis demonstrates that the endothelial cells are likely to participate in branching morphogenesis of human lungs by secreting soluble factors to pulmonary epithelial progenitor cells. The p63 positive basal cells, proposed airway progenitors, are able to generate differentiated airway epithelium in vitro and are suitable for pharmacological studies. This process is completely dependent on the basal cells expression of p63. There is further evidence to suggest that these cells also participate in the pathogenesis of IPF through EMT. This work further lays ground to future studies on airway basal cells in regeneration and disease.
    Keywords: p63, basal cell, airway epithelium, endothelial cells, 3D culture, ALI culture, EMT, IPF.

  • Öndunarfærin eru greinótt líffæri þar sem þekjuvefur er aðskilinn stoðvef með grunnhimnu. Þroskun öndunarfæra, þar á meðal myndun greinóttrar formgerðar reiðir sig á virk samskipti milli þekjufruma og fruma stoðvefjarins. Ekki er að fullu skilið hvernig lungu þroskast, þar á meðal hvaða frumugerðir stoðvefjarins taka þátt í samskiptum við þekjuna í þessu ferli. Fullþroskuð lungu reiða sig á vefjasértækar stofnfrumur til viðhalds og endurnýjunar á sködduðum vef. Sýnt hefur verið fram á að grunnfrumur loftvega, sem tjá umritunarþáttinn p63, hafi forverafrumuvirkni. Hlutverki grunnfrumna í húð hefur verið lýst en minna er vitað um hlutverk þeirra í öndunarvegum. Hin þekktu tengsl á milli stofnfrumueiginleika og bandvefsumbreytingu þekjufruma (EMT) geta rennt stoð undir hlutverk forverafruma við meinmyndun lungnatrefjunarsjúkdóma á borð við lungatrefjun af óþekktum uppruna (IPF). Upprunafruma trefjunar í IPF er óþekkt en vísbendingar um EMT í týpu II forverafrumum lungnablaðra hafa komið fram. Hlutverk grunnfrumna hefur lítið verið rannsakað í IPF. Munur á vefjauppbyggingu og frumusamsetningu lungna tilraunamúsa og manna gerir vefjaræktunarkerfi með mannafrumum að mikilvægri viðbót við rannsóknir; þetta á við um vefjaviðhald, lyfjarannsóknir og síðast en ekki síst sjúkdóma sem erfiðlega gengur að endurmynda í dýrum.
    Viðfangsefni þessa verkefnis var að rannsaka hlutverk p63 jákvæðra grunnfruma í þroskun og sérhæfingu öndunarfæraþekju. Markmiðið var að rannsaka hæfni þeirra til myndunar lungnavefjar í frumurækt og í framhaldi búa til módel til rannsókna á myndun og viðhaldi lungnavefjar og kanna tengsl þessa frumutegund við hinn lítið þekkta sjúkdóm IPF. VA10 er frumulína með grunnfrumusvipgerð. Hún er jákvæð fyrir p63 og getur endurmyndað þekjuvef loftvega í loft-vökva rækt og hringlaga þyrpingar í þrívíðu ræktunarkerfi. Þetta verk sýnir að æðaþelsfrumur hvata myndun loftvega og lungnablaðra með greinóttri formgerð hjá VA10 í þrívíðri samræktun og slík myndun er a.m.k. að hluta til vegna samskipta í gegnum FGF viðtaka. Þessi hvati er óháður snertingu VA10 við æðaþelið. VA10 myndar virka, sérhæfða loftvegaþekju í loft-vökva rækt. Við sýnum að þessi þekja myndar rafviðnám og er fær um virkan flutning lyfja með mismunandi efnasamsetningar. Við skoðuðum hlutverk p63 í þessum frumum og sýnum að bæling á umritunarþættinum hamlar viðgerðarhæfni þeirra. Að auki veldur hún því að þær geta ekki nýmyndað virka þekju í loft-vökva rækt, heldur verður til einungis stakt frumulag. Þessar frumur geta auk þess ekki sérhæfst í seytifrumur við IL-13 örvun, eins og VA10 gerir. Við sáum skýr merki um umvöxt þekjuvefjar loftvega á svæðum í kring um bandvefsfrumuhneppi í IPF. Offjölgun grunnfrumna var einnig í þessari þekju og þær höfðu tjáningarmerki um EMT. Við sýnum að VA10 er fær um að undirgangast EMT í rækt en bæling á p63 kemur í veg fyrir það.
    Samantekið sýnir þessi ritgerð að æðaþelsfrumur taka líklega þátt í myndun greinóttrar formgerðar í lungnaþroska með því að seyta vaxtaþáttum til forverafrumna lungnaþekjunnar. Grunnfrumur loftvega geta myndar virka loftvegaþekju í rækt sem er vel nothæf til lyfjarannsókna. Þessi hæfileiki er háður tjáningu á p63. Einnig koma fram vísbendingar um að grunnfrumur taki þátt í meinmyndun í IPF með því að undirgangast EMT. Þessi vinna leggur grunn fyrir frekari rannsóknum á hlutverki grunnfruma í viðhaldi og sjúkdómum í öndunarfæraþekju.
    Lykilorð: Stofnfrumur, p63, þekjuvefur lungna, þrívíð ræktun, loft-vökva ræktun, bandvefsumbreyting, lungnatrefjun

Samþykkt: 
  • 1.2.2016
URI: 
  • http://hdl.handle.net/1946/23657


Skrár
Skráarnafn Stærð AðgangurLýsingSkráartegund 
Ari PhD.pdf26.29 MBOpinnHeildartextiPDFSkoða/Opna