Udviklingen af tilpasninger til livet på jorden har længe forundret biologer, der ved, at samudviklingen af hjerte-kar-og lungesystemer er en nylig evolutionær tilpasning til livet uden for vand, det vil sige koblingen af hjertets funktion med funktionen af gasudveksling af lungen, et af de nyeste organer, der er udviklet hos pattedyr og uden tvivl det vigtigste for det jordiske liv.
Den koordinerede modning af cellerne i disse to systemer er illustreret under embryonisk udvikling, når de primitive stamceller i lungerne stikker ud i de primitive hjertefødderceller, når de to organer udvikler sig parallelt til dannelse af den hjerte-lungecirkulation. Dog vides der lidt om de molekylære signaler, der styrer samtidig udvikling, og hvordan en fælles forfadercelle for begge organer kan påvirke patologien for beslægtede sygdomme, såsom pulmonal hypertension.
Penn's team, ledet af Edward E. Morrisey, professor i medicin og cellulær og udviklingsbiologi og videnskabelig direktør for Penn Institute for Regenerative Medicine, identificerede en population af multipotente kardiopulmonale mesoderm progenitorceller, som de kaldte CPP, som kan skelnes fra mange andre tidlige embryonale celler ved ekspression af et godt studeret signalmolekyle, Wnt2.
"Vi spekulerer på, om disse stamceller er i stand til at generere hjerte og lunger - siger Morrisey -. Vores data viser, at der er positive Wnt2-celler inden lungeudvikling og hjælper med til at koordinere co-udvikling af lunge og hjerte ved at generere celler i begge væv. "
Spørgsmålet om, hvordan lungen udvikles og forbindes til det kardiovaskulære system, har fascineret Morrisey-laboratorieteamet i mange år. "Det er helt åbenlyst for enhver, der har undersøgt anatomi hos de fleste landdyr, at hjertet og lungen er tæt forbundet. Dette afspejles endda i klinisk medicin, hvor der mange steder, inklusive Perelman School of Medicine, hvis division af kardiovaskulær medicin engang var kendt som Division of Cardiopulmonary Medicine, ”siger Morrisey.
Morriseys laboratorium begyndte sin undersøgelse ved at stille et par enkle spørgsmål: hvordan udvikler lunge og hjerte sig, og hvad er de kritiske signaler, der regulerer denne proces? Gennembrudet i dette arbejde kom, da teamet karakteriserede Wnt2-genets ekspressionsmønster.
"Wnt2 udtrykkes på et unikt sted i det tidlige embryo, nøjagtigt mellem begyndelsen af hjertet og tarmrøret, hvorfra lungerne vil opstå, " sagde denne videnskabsmand. Dette gjorde det muligt for forfatterne at oprette et modelsystem i mus, hvis kardiopulmonale anatomi ligner meget mennesker, og undersøge, om Wnt2-positive celler kunne koordinere samudviklingen af hjerte og lunge.
Ved at spore denne cellelinie viste de, at Wnt2-celler genererer individuelle kloner, der igen genererer både hjerte- og lungevæv, herunder cardiomyocytter og blodkarceller, såsom vaskulær glat muskel. De opdagede således, at CPP'er er i stand til at generere langt de fleste af de tidlige embryonale celletyper i hjertet og lungen. Disse undersøgelser viste også, at forskellige cellelinjer i lungen er relateret, for eksempel at vaskulære glatte muskler og luftveje har en fælles stamcelle i lungen.
Udviklingen af CPP reguleres af ekspressionen af et andet velkendt protein kaldet 'pindsvin', som er påkrævet for korrekt forbindelse af lungevaskulaturen til hjertet. Disse undersøgelser viser, at 'pindsvin', der også udtrykkes af tidlige lungeforløbsceller, hjælper med at fremme CPP til at differentiere sig i den glatte muskelkomponent i lungevaskulaturen.
Disse fund identificerer en ny population af kraftfulde flere hjerte-lungeforældre, der koordinerer samudviklingen af hjerte og lunge, hvilket er nødvendigt for tilpasning til terrestrisk eksistens. Derudover har de også vigtige konsekvenser for sygdomme, der påvirker begge organer, såsom pulmonal hypertension, da det ikke er klart, om pulmonal hypertension primært er en lungesygdom, eller hvis der også er indre defekter i hjertet eller det kardiovaskulære system.
Identificeringen af CPP'er kunne give vigtige data om pulmonal hypertension og andre sygdomme ved at identificere en fælles stamcelle for begge organer. Fremtidige undersøgelser vil fokusere på, om CPP findes i det voksne hjerte-lungesystem, og om de spiller en rolle i responsen fra lungerne og hjertet på en skade eller sygdom.
Kilde: www.DiarioSalud.net
