För att fungera som en robust barriär mot patogener och samtidigt absorbera nödvändiga näringsämnen, måste slemhinnan i tarmarna regenereras dagligen för att förbli lika med uppgiften. Tarmens bosatta stamceller är ansvariga för att tillgodose detta behov av konstant reparation och påfyllning, men varje stamcell står inför beslut som beror på tarmens övergripande tillstånd och ögonblickets behov. Dåliga beslut och dålig koordination kan resultera i tarmsjukdomar eller cancer.

En ny studie tyder på att stamceller kan integrera signaler från sin omgivning och koordinera sitt beteende över vävnaden genom nätverk av kärl i deras närhet.

Rockefeller-forskare fann att lymfatiska kapillärer - fina kärl som transporterar immunceller och dränerar vätskor från vävnader - representerar ett signalcentrum som kommunicerar med stamceller för att reglera deras aktivitet. Med molekylär vägledning från lymfsystemet producerar stamceller dotterceller för att återbefolka tarmslemhinnan eller förnya sig själv för att fylla på stamcellsreserven.

Resultaten, publicerade i tidskriften Cell Stem Cell , ge nya insikter om primära tarmkomponenter vars störda kommunikation kan bidra till tarmsjukdomar, såsom inflammatorisk tarmsjukdom. "Nyckeln till att behandla dessa sjukdomar kommer att vara att ta reda på vem som pratar med vem i detta ekosystem och hur vi kan återställa kommunikationsnätverken", säger Rachel Niec, en klinisk forskare vid Elaine Fuchs laboratorium.

Kommunikation i kryptan

Tarmstamcellerna finns i så kallade krypter, som finns vid basen av tätt packade fördjupningar i tarmslemhinnan. Stamcellerna kan förnyas och stanna kvar i kryptan, eller differentiera till specialiserade celler, som sedan migrerar ut ur kryptan för att fylla på tarmslemhinnan. "För att förstå hur stamceller balanserar självförnyelse med differentiering behövde vi en mer komplett bild av kryptnischer", säger Marina Schernthanner, doktorand i Fuchs lab.

För att zooma in på kryptan använde teamet en svit av tekniker, inklusive encells- och rumslig transkriptomik, som gjorde det möjligt för dem att identifiera celltyper på specifika platser och studera deras signalmolekyler. Resultaten visade att lymfatiska kapillärer, som bildar ett intimt samband med stamcellerna i kryptan, producerar ett antal proteiner som är kända för att vara viktiga för stamcellernas funktion.

Ett tidigare underskattat protein, REELIN, dök upp som en toppkandidat för att förmedla kommunikation mellan lymfatiska och stamceller. Genom att manipulera mängden REELIN i laboratorieodlade intestinala organoidkulturer i vissa experiment och genetiskt undertrycka den i möss i andra, fann forskarna att REELIN direkt styr det regenerativa beteendet hos intestinala stamceller.

Lymfsystemets inblandning i stamcellsfunktionen är ett relativt nytt koncept. En tidigare studie av Fuchs-teamet avslöjade att lymfaterna också är nära involverade i hudens stamceller och spelar en nyckelroll i hårförnyelse. Där är det dock hårsäckens stamceller som signalerar till lymfatiska kapillärer. Genom att kontrollera sin interaktion med lymfatiska celler synkroniserar stamcellerna hårregenerering över vävnaden. "Detta tyder på att lymfatiska organ kan vara en bevarad egenskap hos stamcellsnischer, men deras förhållande till stamceller är sannolikt skräddarsydda efter behoven hos varje vävnad", säger Niec.