Cili primari pe celule bazale orizontale reglează regenerarea epiteliului olfactiv
Ariell M. Joiner
1 Departamentul de farmacologie, Facultatea de Medicină a Universității din Michigan, Ann Arbor, Michigan 48109-5632,
Warren W. Green
2 Departamentul de farmacologie și terapie, Universitatea din Florida, Colegiul de medicină, Gainesville, Florida 32610-0267,
Jeremy C. McIntyre
2 Departamentul de farmacologie și terapie, Universitatea din Florida, Colegiul de medicină, Gainesville, Florida 32610-0267,
Benjamin L. Allen
3 Departamentul de biologie celulară și de dezvoltare, Facultatea de Medicină a Universității din Michigan, Ann Arbor, Michigan 48109-2200 și
James E. Schwob
4 Departamentul de Biologie Dezvoltării, Moleculare și Chimice, Școala de Medicină a Universității Tufts, Boston, Massachusetts 02111
Jeffrey R. Martens
1 Departamentul de farmacologie, Facultatea de Medicină a Universității din Michigan, Ann Arbor, Michigan 48109-5632,
2 Departamentul de farmacologie și terapie, Universitatea din Florida, Colegiul de medicină, Gainesville, Florida 32610-0267,
Contribuțiile autorului: A.M.J., J.C.M. și J.R.M. cercetare proiectată; A.M.J., W.W.G. și J.C.M. cercetări efectuate; A.M.J., W.W.G., J.C.M. și J.R.M. date analizate; A.M.J., W.W.G., J.C.M., B.L.A., J.E.S. și J.R.M. a scris ziarul.
Abstract
DECLARAȚIE DE IMPORTANȚĂ Arătăm pentru prima dată prezența ciliilor primari pe o populație în repaus de celule stem bazale, celulele bazale orizontale (HBC), în epiteliul olfactiv (OE). Important, datele noastre demonstrează că cilii de pe HBC sunt necesari pentru regenerarea OE după rănire. Mai mult, perturbarea ciliilor HBC modifică neurogeneza în timpul dezvoltării OE, oferind dovezi că HBC participă la stabilirea acestui țesut. Aceste date sugerează că mecanismele de penetrare pentru ciliopatii în OE se extind dincolo de defectele neuronilor senzitivi olfactivi și pot include modificări în întreținerea și regenerarea OE.
Introducere
Neurogeneza apare din autoînnoirea și diferențierea celulelor stem neuronale (NSC; Gage, 2000). În timp ce prevalează în timpul dezvoltării, NSC se găsesc și în sistemul nervos adult, în epiteliul olfactiv (OE), în zona subventriculară (SVZ) a ventriculului lateral și în zona subgranulară a hipocampului (Gage, 2000; Alvarez-Buylla și Garcia -Verdugo, 2002; Lie și colab., 2004). Factorii și mecanismele care reglează proliferarea celulară, migrația, diferențierea și supraviețuirea în timpul dezvoltării pot fi active în sistemul nervos adult, permițând repararea țesuturilor și neuroplasticitatea (pentru o revizuire, vezi Lie și colab., 2004). Spre deosebire de majoritatea sistemelor senzoriale, OE este capabil să reconstituie atât populațiile neuronale, cât și cele non-neuronale după leziuni și moarte neuronală prin acțiunea populațiilor rezidente de celule stem olfactive (Graziadei și Graziadei, 1979; Calof și Chikaraishi, 1989; Edge și Chen, 2008). Neuronii senzitivi olfactivi (OSN) sunt unici prin faptul că contactează direct atât mediul extern, cât și creierul. În timp ce acest contact direct permite OSN-urilor să detecteze mirosurile, acesta expune, de asemenea, OE la insulte din toxine, bacterii și viruși care duc la moartea celulară. Prin urmare, capacitatea de neurogeneză și înlocuirea OSN este esențială pentru menținerea acestui important sistem senzorial.
Ciliile primare au roluri importante în proliferarea, diferențierea și reglarea celulelor celulare (pentru revizuire, vezi Irigoín și Badano, 2011). Există dovezi din ce în ce mai mari că cilii primari reglează neurogeneza și/sau diferențierea corectă a celulelor stem adulte în celule progenitoare amplificatoare sau celule gliale în SVZ și hipocamp (Amador-Arjona și colab., 2011; Kumamoto și colab., 2012; Tong și colab. ., 2014). În consecință, atunci când cilia este perturbată în aceste sisteme, căile de semnalizare mediate de cilia, cum ar fi ariciul sonic, și căile de semnalizare modulate de cilia, cum ar fi Wnt, sunt, de asemenea, întrerupte (Kumamoto și colab., 2012; Tong și colab., 2014) . Aceste descoperiri demonstrează rolul important pe care îl joacă cilii în căile de semnalizare care sunt esențiale pentru diferențierea corectă a celulelor în timpul dezvoltării și homeostaziei adulților.
Aici, arătăm că HBC posedă cili primari, sugerând un mecanism potențial pentru reglarea moleculară a celulelor stem bazale olfactive în OE. La șoarecii la care HBC nu au avut cili, OE a prezentat o regenerare limitată în urma leziunii, cu o reducere semnificativă a OSN-urilor mature. În plus, când ciliile HBC au fost îndepărtate la începutul dezvoltării, s-a constatat că anumite regiuni ale OE au o reducere semnificativă a OSN. Aceste date identifică ciliile HBC ca o structură de semnalizare nerecunoscută anterior în OE, oferă o perspectivă mecanicistă asupra reglementării HBC în timpul regenerării olfactive și indică un rol potențial pentru HBC în dezvoltarea OE.