Die Geheimnisse der Zellidentität erforschen

Anonim

Obwohl sich Organismen seit dem Aufstieg aus der Ursuppe drastisch entwickelt haben, ist eine wissenschaftliche Tatsache für Epochen gleich geblieben: Zellen sind die grundlegendsten Struktureinheiten aller Lebewesen.

Ein Forscher an der medizinischen Fakultät der Universität von Virginia hat viel Zeit in die Erforschung eines bestimmten Zelltyps investiert: Reninzellen.

"Renin-Zellen sind Teil eines Verteidigungssystems, das vor mehr als 400 Millionen Jahren gegründet wurde", sagte Dr. Ariel Gomez, Professor für Pädiatrie an der UVA. "Sie erschienen zu dieser Zeit in der Natur in Knochenfischen."

Damals und heute, wenn Tiere, Menschen oder andere, durch eine homöostatische Bedrohung herausgefordert werden, was eine Bedrohung für das physische Gleichgewicht bedeutet oder sich verletzt, sagte Gomez, dass sie sich auf dieses Verteidigungssystem verlassen, um das Wohlbefinden wiederherzustellen. Insbesondere Zellen, die das Enzym Renin produzieren, das den Blutdruck und die Stabilität von Flüssigkeit und Elektrolyt reguliert, sind entscheidend dafür, dass Tiere Bedingungen überleben können, die physiologischen Stress verursachen.

"In den primitiven, frühen Tagen der Existenz wurden diese Zellen Teil eines Abwehrsystems, das nicht auf die Blutdruckhomöostase beschränkt ist", sagte Gomez. "Sie behielten mehrere Funktionen, die zu Beginn der Evolution entwickelt wurden."

Im Bereich der Bluthochdruckforschung ist die Rolle von Renin bei der Regulierung des Blutdrucks sowie der Flüssigkeits- und Elektrolythomöostase seit langem bekannt. Was nicht bekannt war - also bis Gomez und sein Forscherteam es entdeckten - waren die Mechanismen, die die Identität und das Schicksal der Zellen kontrollieren, die das Enzym herstellen.

Zusätzlich zur Entdeckung der Hauptwege, die die Identität und das Schicksal von Reninzellen kontrollieren, fand das Labor von Gomez heraus, dass diese Zellen in der Organentwicklung, insbesondere der Nierenentwicklung, wichtig sind. Zellen, die Renin herstellen, sind auch in anderen Geweben vorhanden, beispielsweise im Knochenmark (wo weiße und rote Blutzellen entstehen), wo sie an der Blutentwicklung und Immunität teilnehmen können.

Gomez und seine Kollegen entdeckten, dass eine spezifische Mutation in diesen Renin produzierenden Vorläuferzellen der weißen Blutkörperchen oder Elternzellen, die Lymphoblasten genannt werden, zu einer hochgradig durchdringenden Form von Leukämie führt.

Den Ursprung, die Identität und das Schicksal von Reninzellen zu verstehen, sagte Gomez, hat zahlreiche medizinische Implikationen. Zum Beispiel sind Veränderungen des Zellschicksals mit der Aufrechterhaltung der Ganzkörper- und Gewebehomöostase sowie chronischen Krankheiten wie hypertensive vaskuläre Erkrankung, Nierenvernarbung, Diabetes und Krebs verbunden. Darüber hinaus führt ein vollständiges Verständnis des Zellschicksals zu Erkenntnissen, die auf die Reparatur von Geweben sowie auf regenerative und Stammzellmedizin angewendet werden können.

Ein anderes Schlüsselkonzept, das von Gomez und Kollegen entdeckt wurde, ist, dass Renin-Zellen Vorläufer für andere Zellen in den Nierengefäßen und anderen Geweben außerhalb der Niere sind. Nachkommen aus Renin-Zellen behalten den Speicher, um Renin zu exprimieren. In Krisenzeiten werden Nachkommen von Reninzellen rekrutiert, um Renin zu produzieren, um die Homöostase wiederherzustellen. Wenn die Krise vorüber ist, nehmen die Nachkommen ihre frühere Identität wieder an, bis sie wieder gebraucht werden. Gomez fand jedoch heraus, dass, wenn der Stressreiz anhält, eine kontinuierliche Rekrutierung von Reninzellen stattfindet, was zu einer Verdickung der Nierenblutgefäße führt. Seltsamerweise ist diese Pathologie auch bei Menschen mit Bluthochdruck zu sehen.

"Bei der Behandlung von Bluthochdruck muss ein Gleichgewicht zwischen Blutdruckkontrolle und perivaskulärer Rekrutierung von Reninzellen erreicht werden", sagte Gomez. "Wenn wir diese Eigenschaften von Reninzellen verstehen, können wir bessere Medikamente entwickeln, um vaskuläre Veränderungen im Zusammenhang mit Bluthochdruck oder deren Behandlung zu verhindern."

Für seine Arbeit hat die American Heart Association Gomez den Excellence Award 2016 für Hypertonieforschung verliehen. Dies ist die renommierteste Auszeichnung, die eine Person erhält, die im Bereich der Bluthochdruckforschung "eine verdienstvolle Entdeckung gemacht" hat.

"Auf einer persönlichen Ebene würdigt dieser Preis die Mentorschaft, die ich von meinen frühen Anfängen und die hervorragende Gruppe von Forschern, mit denen ich jeden Tag arbeite, erhielt", sagte Gomez.