Las células en penacho son células quimiosensoriales que se encuentran en el revestimiento epitelial de los intestinos . Células en penachos similares se encuentran en el epitelio respiratorio , donde se las conoce como células en cepillo . [1] El nombre "mechón" se refiere a las microvellosidades en forma de cepillo que se proyectan desde las células. Normalmente hay muy pocas células en penacho presentes, pero se ha demostrado que aumentan considerablemente en momentos de infección parasitaria . [2] Varios estudios han propuesto un papel de las células del penacho en la defensa contra la infección parasitaria. En el intestino, las células del penacho son la única fuente de interleucina 25 (IL-25) secretada. [3] [4] [5]
ATOH1 es necesario para la especificación de las células del penacho, pero no para el mantenimiento de un estado diferenciado maduro, y la eliminación de Notch da como resultado un mayor número de células del penacho. [5]
El tracto gastrointestinal (GI) humano está lleno de células en penacho en toda su longitud. Estas células estaban ubicadas entre las criptas y las vellosidades. En el polo basal de todas las células se expresó DCLK1 . No tenían la misma morfología descrita en estudios con animales pero presentaban un borde en cepillo apical del mismo grosor. Se encontró colocalización de sinaptofisina y DCLK1 en el duodeno , lo que sugiere que estas células desempeñan un papel neuroendocrino en esta región. Un marcador específico de las células del penacho intestinal es la quinasa de microtúbulos: quinasa 1 similar a la cortina doble (DCLK1). Las células del penacho que son positivas en esta quinasa son importantes en la quimiosensación gastrointestinal, la inflamación o pueden reparar después de lesiones en el intestino. [6]
Una clave para comprender el papel de las células del penacho es que comparten muchas características con las células quimiosensoriales de las papilas gustativas. Por ejemplo, expresan muchos receptores gustativos y aparatos de señalización gustativa. Esto podría sugerir que las células del penacho podrían funcionar como células quimiorreceptivas que pueden detectar muchas señales químicas a su alrededor. Sin embargo, con más investigaciones nuevas se sugiere que las células del penacho también pueden ser activadas por el aparato receptor del gusto. Estos también pueden ser desencadenados por diferentes moléculas pequeñas, como el succinato y los aeroalérgenos . Se sabe que las células en penacho secretan diversas moléculas que son importantes para las funciones biológicas. Gracias a esto, las células del penacho actúan como sensores de peligro y desencadenan una secreción de mediadores biológicamente activos. A pesar de esto, las señales y los mediadores que secretan dependen totalmente del contexto. Por ejemplo, las células del penacho que se encuentran en la uretra responden a compuestos amargos mediante la activación del receptor del gusto. Esto luego resulta en un aumento del Ca2+ intracelular y la liberación de acetilcolina . Se cree que esto desencadena una activación de varias otras células cercanas, lo que conduce al reflejo del detrusor de la vejiga y a un mayor vaciado de la vejiga . [7]
Se ha descubierto que las células del penacho en los intestinos de los ratones se activan por infecciones parasitarias. Esto conduce a una secreción de IL25 . IL25, que es el activador clave de las células linfoides innatas tipo 2. Esto luego inicia y amplifica la respuesta de citocinas tipo 2, caracterizada por la secreción de citocinas de las células ILC2. [7] La remodelación de tejidos durante la respuesta inmune tipo 2 se basa en la citoquina interleucina (IL)-13. Esta interleucina es producida principalmente por células linfoides innatas del grupo 2 (ILC2) y células T auxiliares tipo 2 (Th2) ubicadas en la lámina propia . Además, durante la infección por gusanos, la cantidad de células del penacho aumenta drásticamente. La hiperplasia de las células en penacho y de las células caliciformes es una característica distintiva de la infección de tipo 2 y está regulada por un circuito de señalización de retroalimentación. La IL-25 producida por las células del penacho induce la producción de IL-13 por las ILC2 en la lámina propia. Luego, la IL-13 interactúa con progenitores epiteliales no comprometidos para afectar su selección de linaje hacia células caliciformes y de penacho. Como resultado, la IL-13 es responsable de la dramática remodelación del epitelio de los enterocitos a epitelio dominado por células caliciformes y en penacho. Sin IL-25 de las células del penacho se retrasa la eliminación del gusano. La respuesta inmune tipo 2 se basa en células en penacho y la respuesta se reduce severamente sin la presencia de estas células, lo que confirma la importante función fisiológica de estas células durante la infección por gusanos. [8] La activación de las células Th2 es una parte importante de este circuito de retroalimentación. La activación de las células del penacho en el intestino está relacionada con el metabolito succinato, que es producido por un parásito y se une al receptor específico de las células del penacho Sucnr1 en su superficie. Además, el papel de las células del penacho intestinal puede ser importante para la regeneración local en el intestino después de una infección. [7]
Las células del penacho se identificaron por primera vez en la tráquea y el tracto gastrointestinal de roedores, debido a su morfología típica, mediante microscopía electrónica . El característico sistema tubulovesicular y el haz apical de microfilamentos que están conectados al mechón por microvellosidades largas y gruesas que llegan hasta la luz, les dieron su nombre. [1] Esta figura dio a estas células su nombre y el conjunto de la morfología copetuda. La distribución y el tamaño de las microvellosidades de las células del penacho son muy diferentes de los enterocitos que las rodean. Además, las células del penacho, en comparación con los enterocitos, no tienen una red terminal en la base de las microvellosidades apicales. [9] Otras características de las células del penacho son: membrana apical bastante estrecha que hace que las células del penacho se vean pellizcadas en la parte superior, microfilamentos prominentes de actina que se extienden hasta la célula y terminan justo encima del núcleo, vesículas apicales vastas pero en gran parte vacías. que forman una red tubulovesicular, en el lado apical del núcleo de las células hay un aparato de Golgi , deficiencia de retículo endoplásmico rugoso y desmosomas con unión estrecha que fija las células del penacho a sus vecinas. [8] La forma del cuerpo de las células del penacho varía y depende del órgano. Las células del penacho en el intestino son cilíndricas y estrechas en los extremos apical y basal. Las células del penacho alveolar son más planas en comparación con las del intestino y las células del penacho de la vesícula biliar tienen forma cúbica. Las diferencias en las células del penacho pueden reflejar las funciones específicas de sus órganos. Las células del penacho expresan proteínas quimiosensoriales, como TRPM5 y α-gustducina. Estas proteínas indican que las neuronas vecinas pueden inervar las células del penacho. [9]
Las células del penacho se pueden identificar mediante tinción para citoqueratina 18, neurofilamentos, filamentos de actina, tubulina acetilada y DCLK1 para diferenciar entre células del penacho y enterocitos. [5]
Las células del penacho se encuentran en el intestino y el estómago, y como células en cepillo pulmonar en el tracto respiratorio, desde la nariz hasta los alvéolos. [10]
La pérdida de tolerancia a los antígenos que aparecen en el medio ambiente provoca la enfermedad inflamatoria intestinal (EII) y la enfermedad de Crohn (EC) en personas genéticamente más susceptibles. La colonización por helmintos induce una respuesta inmune tipo 2, provoca la curación de la mucosa y logra la remisión clínica. Durante una infección intensa, las células del penacho pueden crear sus propias especificaciones y la hiperplasia de las células del penacho es una respuesta clave a la expulsión del gusano. Esto muestra que la modulación de la función de las células del penacho puede ser eficaz en el tratamiento de la enfermedad de Crohn. [11]
Se ha demostrado que las células del penacho utilizan receptores gustativos en la detección de muchas especies diferentes de helmintos. La eliminación de helmintos en ratones que carecían de la función del receptor del gusto (Trpm5 o/-gustducin KO) o de suficientes células del penacho (Pou2f3 KO) se vio afectada en comparación con la de los ratones de tipo salvaje. Esto muestra que las células de los mechones desempeñan un papel protector importante durante las infecciones por helmintos. Se observó que la IL-25 derivada de las células del penacho mediaba la respuesta protectora, iniciando respuestas inmunes de tipo 2. [12]
Las células en penacho se descubrieron por primera vez en la tráquea de la rata y en el estómago del ratón . [5]
A finales de la década de 1920, el Dr. Chlopkov estaba siguiendo un proyecto sobre las etapas de desarrollo de las células caliciformes que se encuentran en los intestinos. En el microscopio encontró una célula con un haz de microvellosidades inusualmente largas que se elevaban hacia la luz intestinal. Pensó que había encontrado una célula caliciforme intestinal en etapa temprana , pero en realidad fue el primer informe de un nuevo linaje epitelial que ahora llamamos célula en penacho. En 1956, dos científicos, Rhodin y Dalhamn, describieron células en penachos en la tráquea de rata; Más tarde, ese mismo año, Järvi y Keyriläinen encontraron células similares en el estómago de un ratón. [8]
Las células del penacho generalmente se ubican en los órganos del epitelio columnar derivados del endodermo . En roedores se han encontrado definitivamente: por ejemplo, en la tráquea, el timo, el estómago glandular, la vesícula biliar, el intestino delgado, el colon, el tubo auditivo, el conducto pancreático y la uretra. Las células del penacho son la mayoría de las veces células aisladas y ocupan <1% del epitelio. En la vesícula biliar del ratón y en el conducto biliar y pancreático de la rata, las células del penacho son más abundantes pero aún están aisladas. [8]