Se necesita trabajo en equipo celular para aliviar el intestino

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Los investigadores del Baylor College of Medicine han descubierto una imagen más detallada de cómo el epitelio intestinal, el revestimiento del intestino, se cura después de la infección por rotavirus. Un enfoque analítico meticuloso unicelular para estudiar el proceso de reparación en un modelo animal reveló que el epitelio dañado contiene una variedad de tipos de células involucradas en la reparación a través de amplias respuestas coordinadas que finalmente curan el tejido dañado.

Los investigadores también descubrieron inesperadamente que además de los enterocitos, que son el tipo de células típicamente infectadas con rotavirus, las células en penacho, otro tipo de células en el epitelio intestinal, también están infectadas y pueden contribuir a la respuesta reparadora del epitelio como resultado del daño. Los resultados, publicados en procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias, no solo proporciona una mejor comprensión del proceso de curación después de la infección por rotavirus, sino que también puede proporcionar nuevas pistas sobre cómo el virus causa la enfermedad.

«Las enfermedades del sistema digestivo afectan a unos 60 millones de estadounidenses cada año. Estas afecciones a menudo se asocian con daños en el epitelio, lo que altera sus funciones, incluida la digestión de los alimentos y la absorción de nutrientes, y afecta la salud en general», dijo el autor correspondiente. . Dra. Sarah Blutt, profesora asociada de virología molecular y microbiología en Baylor.

El objetivo de los investigadores de este proyecto era contribuir a una mejor comprensión del proceso de reparación tras el daño del epitelio intestinal causado por rotavirus en un modelo de ratón. Este virus causa alrededor de 179 millones de casos de gastroenteritis aguda y alrededor de 128.000 muertes por año, particularmente en niños. Profundizar en los detalles de la respuesta celular al daño de una infección puede conducir a mejores terapias.

La curación intestinal requiere trabajo en equipo

La superficie interna del intestino está revestida con una capa de células epiteliales que se pliega varias veces, formando muchas proyecciones delgadas en forma de dedos llamadas vellosidades, con criptas entre ellas. El rotavirus infecta y destruye las células de los enterocitos que residen en la punta de las vellosidades.

«Sabemos que el daño en la punta se comunica rápidamente a las células madre que residen en la cripta, estimulándolas para que se dividan y se desarrollen en las células especializadas necesarias para reparar la lesión en la punta de las vellosidades», dijo Blutt.

Para observar más de cerca cómo se cura el epitelio, el equipo aplicó una tecnología bastante nueva, la transcriptómica unicelular, para determinar qué genes se expresaban a nivel unicelular en todas las células entre la punta y la cripta. Hay muchos tipos diferentes de células a lo largo de las vellosidades, incluidas las células agrupadas, las células caliciformes, los enterocitos y las células madre, cada una con funciones específicas.

«Nuestros análisis revelaron un paisaje celular complejo caracterizado por grupos de células con perfiles transcriptómicos específicos que dependían no solo del tipo de célula sino también de la posición de la célula a lo largo de las vellosidades», dijo la primera autora Carolyn Bomidi, asistente principal de investigación del Dr. . María. Laboratorio Estes en Baylor. «Por ejemplo, el mismo tipo de célula que se encuentra en diferentes ubicaciones puede tener diferentes perfiles transcriptómicos».

Los hallazgos de los investigadores también respaldan una nueva imagen de cómo se produce la regeneración. Descubrieron que, en respuesta al daño a los picos, subconjuntos de células madre en la cripta se dividían con más frecuencia y se desarrollaban en numerosos enterocitos inmaduros que migraban a la punta de las vellosidades para reemplazar a los dañados por el rotavirus.

Un huésped inesperado de rotavirus

Blutt, Bomidi y sus colegas se sorprendieron al encontrar material genético de rotavirus dentro de las células del mechón, un tipo de célula que no se había informado anteriormente para apoyar la infección por rotavirus.

«El hecho de que podamos detectar el virus es emocionante, ya que las células en penacho son raras en el epitelio intestinal», dijo Bomidi. «Las células en penacho infectadas por rotavirus aumentaron la expresión de genes específicos, incluidos los genes de respuesta inmune, lo que indica que son capaces de generar una respuesta antiviral y contribuir al proceso posterior a la infección».

En conjunto, los resultados proporcionan evidencia de que la infección por rotavirus estimula un programa de reparación impulsado por células madre que involucra células en penacho que da como resultado la producción de enterocitos inmaduros que reparan el epitelio dañado.

«Estoy muy emocionado de que este sea el primer informe sobre la caracterización de transcripciones unicelulares después de una infección viral intestinal humana», dijo Blutt. «Vemos esto como una valiosa fuente de información para los investigadores involucrados en la investigación gastrointestinal para ver cómo responde cada tipo de célula individual en el contexto de una infección viral».

«Anticipo que este enfoque también proporcionará nuevas herramientas para investigar los aspectos sin respuesta de cómo el rotavirus y otras afecciones infecciosas o inflamatorias causan enfermedades», dijo la autora correspondiente, la Dra. Mary Estes, presidenta de Cullen y profesora de virología molecular y microbiología en Baylor.

Otros contribuyentes a este trabajo incluyen a Matthew Robertson y Cristian Coarfa, ambos de Baylor College of Medicine.

Este trabajo fue apoyado por el Centro de Medicina Comparativa y varios Núcleos de Tecnología Avanzada en Baylor College of Medicine. Los fondos fueron proporcionados por el Premio de Apoyo a las Instalaciones Centrales del Instituto de Investigación y Prevención del Cáncer de Texas (CPRIT) (CPRIT-RP180672) y los NIH (CA125123 y RR024574). La subvención del servicio de salud pública P30 DK56338, los NIH (DK56338 y CA125123), el CPRIT (RP150578 y RP170719), el Dan L. Duncan Comprehensive Cancer Center y el John S. Dunn Gulf Coast Consortium for Chemical Genomics proporcionaron apoyo adicional. Los fondos adicionales fueron proporcionados por la subvención de apoyo del centro de enfermedades digestivas P30 NIDDK-DK56338, la subvención de apoyo del centro de cáncer P30 NCI-CA125123, la subvención NIH S10 1S10OD02346901, las subvenciones para instrumentos compartidos de los NIH S10OD018033, S10OD023469, S10OD025240 y P30EY002520. El análisis de datos fue parcialmente apoyado por CPRIT Core Grants RP170005 y RP200504, Instituto Nacional de Ciencias de la Salud Ambiental (NIEHS) P30 GC-CPEH ES030285 y NIEHS P42 ES027725.

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