Tuftcellen in de menselijke darmen functioneren als reservestamcellen na schade

Het menselijke darmkanaal is verantwoordelijk voor de opname van voedingsstoffen en de productie van hormonen. Bovendien beschermt het de darmen tegen ziekteverwekkers. Deze belangrijke functies worden uitgevoerd door gespecialiseerde cellen in het epitheel, het weefsel dat de darmen bekleedt. Het epitheel bestaat uit verschillende soorten gespecialiseerde epitheelcellen, waaronder tuftcellen.

Functie van tuftcellen

Tuftcellen zijn aanwezig in het hele darmkanaal en in veel andere organen. De meeste inzichten in de functie van deze cellen komen uit onderzoek met muizen. Zo toonden eerdere studies aan dat een specifieke categorie tuftcellen de darmen beschermt tegen ziekteverwekkers. Wanneer deze cellen de aanwezigheid van ziekteverwekkers detecteren, geven ze een signaal aan imuuncellen en aan het epitheel om de verdediging te starten. Door een gebrek aan menselijke onderzoeksmodellen bleef de precieze functie van tuftcellen in het menselijke darmkanaal echter onbekend.

Miniatuurdarmen

Meer dan genoeg reden voor de onderzoekers van de Organoid-groep om zich hier verder in te verdiepen. Ze gebruikten hierbij de unieke en door henzelf ontwikkelde organoïdetechnologie. In het lab kweekten ze mini-darmen die de functie van echte menselijke darmen nabootsen. Deze structuren, organoïden genaamd, bevatten alle soorten cellen die ook in echte menselijke darmen aanwezig zijn. Lulu Huang, co-eerste auteur van het artikel samen met Jochem Bernink en Amir Giladi, legt uit: “We gebruikten de organoïden om de ontwikkeling en functie van tuftcellen te onderzoeken. Daarnaast onderzochten we het effect van bestraling op de functie van deze mini-darmen.”

Tuftcellen fungeren als reservestamcellen

Een van de belangrijkste ontdekkingen die de onderzoekers deden, was dat tuftcellen zich kunnen delen wanneer ze worden geactiveerd door immunologische signalen. “Bij ontvangst van zulke signalen delen de tuftcellen zich om nieuwe tuftcellen te maken. De nieuwe cellen kunnen zich vervolgens weer ontwikkelen tot alle andere soorten epitheelcellen. Door dit proces kunnen tuftcellen de gewonde darmen als het ware repareren”, zegt Bernink.

Overleven na schade

Wat vooral bijzonder is aan tuftcellen, is dat ze schade door bestraling overleven. Waar stam- en voorlopercellen hun vermogen om te delen verliezen na zulke schade, kunnen tuftcellen overleven en alle soorten epitheelcellen maken. Huang: “We kweekten ook organoïden zonder tuftcellen, en deze organoïden konden niet herstellen van stralingsschade.” Tuftcellen spelen daarom een belangrijke rol bij het herstellen van darmweefsel bij schade.

Regeneratie van weefsel

“Tuftcellen vormen in feite een pool van reservestamcellen in de menselijke darmen. Een pool die in actie komt wanneer er schade is ontstaan”, legt Bernink uit. De bevindingen, gepubliceerd in Nature, kunnen implicaties hebben voor de regeneratieve geneeskunde, een onderzoeksgebied dat zich richt op het herstel van weefsel. “Naast meer onderzoek naar de exacte regeneratieve functie van menselijke tuftcellen, zou het ook interessant zijn om de functie van tuftcellen in andere organen te bestuderen, bijvoorbeeld in de lever, urinewegen en longen”, concludeert Huang.

Publicatie

Tuft cells act as regenerative stem cells in the human intestine. Lulu Huang*, Jochem H. Bernink*+, Amir Giladi*, Daniel Krueger, Gijs J.F. van Son, Maarten H. Geurts, Georg Busslinger, Lin Lin, Harry Begthel, Maurice Zandvliet, Christianne J. Buskens, Willem A. Bemelman, Carmen López-Iglesias, Peter J. Peters, Hans Clevers+. Nature 2024
* Authors contributed equally, + Corresponding authors