Las células en penacho son células quimiosensoriales en el revestimiento epitelial de los intestinos . Se encuentran células en penacho similares en el epitelio respiratorio , donde se las conoce como células en cepillo . [1] El nombre "penacho" se refiere a las microvellosidades en forma de cepillo que se proyectan desde las células. Por lo general, hay muy pocas células en penacho presentes, pero se ha demostrado que aumentan considerablemente en momentos de una infección parasitaria . [2] Varios estudios han propuesto un papel para las células en penacho en la defensa contra la infección parasitaria. En el intestino, las células en penacho son la única fuente de interleucina 25 secretada (IL-25). [3] [4] [5]
ATOH1 es necesario para la especificación de las células en penacho, pero no para el mantenimiento de un estado diferenciado maduro, y la eliminación de Notch da como resultado un mayor número de células en penacho. [5]
El tracto gastrointestinal (GI) humano está lleno de células en penacho en toda su longitud. Estas células se ubicaron entre las criptas y las vellosidades. En el polo basal de todas las células se expresó DCLK1 . No tenían la misma morfología que se describió en estudios animales, pero mostraron un borde en cepillo apical del mismo grosor. Se encontró colocalización de sinaptofisina y DCLK1 en el duodeno , esto sugiere que estas células juegan un papel neuroendocrino en esta región. Un marcador específico de las células en penacho intestinales es la quinasa de microtúbulos - Doble quinasa similar a la cortina 1 (DCLK1). Las células en penacho que son positivas en esta quinasa son importantes en la quimiosensibilidad gastrointestinal, la inflamación o pueden hacer reparaciones después de lesiones en el intestino. [6]
Una clave para entender el papel de las células en 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 en penacho podrían funcionar como células quimiorreceptoras que pueden detectar muchas señales químicas a su alrededor. Sin embargo, con más investigaciones nuevas se sugiere que las células en penacho también pueden ser activadas por el aparato receptor del gusto. Estas también pueden ser desencadenadas por diferentes moléculas pequeñas, como el succinato y los aeroalérgenos . Se sabe que las células en penacho secretan varias moléculas que son importantes para las funciones biológicas. Debido a esto, las células en 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 completamente del contexto. Por ejemplo, las células en penacho que se encuentran en la uretra responden a los compuestos amargos, a través de la activación del receptor del gusto. Esto luego da como resultado un aumento del Ca2+ intracelular y la liberación de acetilcolina . Se cree que esto desencadena una activación de varias otras células cercanas, lo que luego conduce al reflejo del detrusor de la vejiga y a un mayor vaciamiento de la vejiga . [7]
Se ha descubierto que las células en penacho en los intestinos de los ratones se activan por infecciones parasitarias. Esto conduce a una secreción de IL25 . IL25, siendo 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 tisular durante la respuesta inmune tipo 2 se basa en la citocina interleucina (IL)-13. Esta interleucina es producida principalmente por las células linfoides innatas del grupo 2 (ILC2) y las células T auxiliares tipo 2 (Th2) ubicadas en la lámina propia . También durante la infección por gusanos, la cantidad de células en penacho aumenta drásticamente. La hiperplasia de las células en penacho y las células caliciformes es un sello distintivo de la infección tipo 2 y está regulada por un circuito de señalización de retroalimentación. La IL-25 producida por las células en penacho induce la producción de IL-13 por las ILC2 en la lámina propia. La IL-13 interactúa entonces con los progenitores epiteliales no comprometidos para afectar su selección de linaje hacia las células caliciformes y en penacho. Como resultado, la IL-13 es responsable de la remodelación dramática del epitelio de los enterocitos a epitelio que está dominado por células caliciformes y en penacho. Sin IL-25 de las células en penacho, la eliminación del gusano se retrasa. La respuesta inmune de tipo 2 se basa en las 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 ciclo de retroalimentación. La activación de las células en penacho en el intestino está relacionada con el metabolito succinato, que es producido por un parásito y se une al receptor específico de células en penacho Sucnr1 en su superficie. Además, el papel de las células en penacho intestinales puede ser importante para la regeneración local en el intestino después de una infección. [7]
Las células en penacho se identificaron por primera vez en la tráquea y el tracto gastrointestinal de roedores, debido a su morfología típica, mediante microscopía electrónica . El sistema tubulovesicular característico y el haz apical de microfilamentos que están conectados al penacho por microvellosidades largas y gruesas, que llegan hasta el lumen, les dieron su nombre. [1] Esta figura dio a estas células su nombre y toda la morfología en penacho. La distribución y el tamaño de las microvellosidades de las células en penacho son muy diferentes de los enterocitos que las rodean. Además, las células en penacho, en comparación con los enterocitos, no tienen una red terminal en la base de las microvellosidades apicales. [9] Otras características de las células en penacho son: membrana apical bastante estrecha que hace que las células en penacho se vean como pellizcadas en la parte superior, microfilamentos prominentes de actina que se extienden a 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 endoplasmático rugoso y desmosomas con unión estrecha que fija las células en penacho a sus vecinas. [8] La forma del cuerpo de las células en penacho varía y depende del órgano. Las células en penacho en el intestino son cilíndricas y estrechas en los extremos apical y basal. Las células en penacho alveolares son más planas en comparación con las células en penacho intestinales y de la vesícula biliar tienen una forma cuboidal. Las diferencias en las células en penacho pueden reflejar las funciones específicas de su órgano. Las células en penacho expresan proteínas quimiosensoriales, como TRPM5 y α-gustducina. Estas proteínas indican que las neuronas vecinas pueden inervar las células en penacho. [9]
Las células en penacho se pueden identificar mediante tinción con citoqueratina 18, neurofilamentos, filamentos de actina, tubulina acetilada y DCLK1 para diferenciarlas de los enterocitos. [5]
Las células en 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 ambiente causa enfermedad inflamatoria intestinal (EII) y enfermedad de Crohn (EC) en personas que son genéticamente más susceptibles. La colonización por helmintos induce una respuesta inmunitaria de tipo 2, causa curación de la mucosa y logra la remisión clínica. Durante una infección intensa, las células del penacho pueden realizar su propia especificación y la hiperplasia de las células del penacho es una respuesta clave a la expulsión del gusano. Esto demuestra 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 en penacho utilizan los receptores del gusto para detectar 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 en penacho (Pou2f3 KO) se vio afectada en comparación con la de los ratones de tipo salvaje. Esto demuestra que las células en penacho son importantes para desempeñar un papel protector durante las infecciones por helmintos. Se observó que la IL-25 derivada de las células en penacho mediaba la respuesta protectora, iniciando respuestas inmunitarias 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 los años 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 ascendían hacia el lumen intestinal. Pensó que había encontrado una célula caliciforme intestinal en etapa temprana , pero en realidad era el primer informe de un nuevo linaje epitelial que ahora llamamos célula en penacho. En 1956, dos científicos, Rhodin y Dalhamn, describieron células en penacho en la tráquea de la rata; más tarde, ese mismo año, Järvi y Keyriläinen encontraron células similares en el estómago del ratón. [8]
Las células en penacho se localizan generalmente 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, la trompa auditiva, el conducto pancreático y la uretra. Las células en 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 en penacho son más abundantes pero aún aisladas. [8]