Mechanism of Respiratory System-Esophageal Separation

摘要： -- 呼吸系统发育异常，导致新生儿出生缺陷。 食道闭锁/气管食道瘘(EA/TEF)，影响大约1/2,500-3000名新生儿。 异常情况不能通过外科手术干预来纠正，高达72%的幸存儿童青少年和成年患者将继续死亡。 在他们的一生中都会遭受呼吸系统问题的折磨，这表明EEA/TEF与肺部之间存在明显的联系。 异常。一如既往，在动物体内，EEA/TEF总是伴随着异常的肺功能(如肺叶融合)。 尽管模型的基本机制尚不清楚，但我们最近的研究表明，一个新的上皮性马鞍形结构已经形成。 此时，肺-食道分界处向上移动，使主肺分离，气管从主食道分离。然而， 有几个重要的问题仍有待回答。肺是如何参与马鞍形变和运动的？ 什么是最基本的细胞培养和分子生物学机制？我们的目标是使用器官和细胞培养的一种新的组合技术，即青蛙。 而老鼠的模型需要解决这些问题。我们的血统追踪数据显示，这些衍生品是呼吸道疾病的主要原因。 祖细胞(Nkx2.1阳性)在分离过程中会整合到新的食道中。此外，我们还提供了我们的初步数据。 建议将一种独特的肺上皮祖细胞亚群(SOX2；;SOX9；;IsL1阳性)定位于肺-- 食道边界在马鞍区的形成过程中起着至关重要的作用。我们进一步发现，食道边界在马鞍区的损失中起着至关重要的作用。 转录因子Sox2或Isl1在肺祖细胞，包括其他亚群中的表达，导致Ea/TEF异常和死亡。 青蛙和小白鼠的肺部都出现了异常。有趣的是，这些异常往往还会伴随着肺功能的下降。 细胞外基质调节蛋白(ECM)是一种蛋白质，包括Fras家族成员Fras1和FREM2，目前尚不清楚这两种蛋白可能存在调节作用。 肺的发育。因此，我们假设Sox2/Isl1轴调节肺组织中的ECM和蛋白质。 上皮祖细胞亚群;(Sox2；;Sox9；ISL1呈阳性)表明，这不是呼吸道-食道疾病所必需的基因。 分离与肺的发育。我们将用三个具体的目标来检验这一假说：我们将通过以下三个具体的目标来确定这一点。 肺上皮祖细胞亚群的贡献主要是促进鞍状细胞的形成和呼吸道-食道的形成。 分离；;和AIM2试图验证这一假说，即Sox2基因调节肺上皮细胞和祖细胞亚群中的Isl1基因。 为了更好地控制呼吸-食道分离；;和Aim3试图验证假设，即Isl1调节新的分离。 通过ECM基因蛋白来处理和促进肺组织的发育。尤其值得注意的是，该区域的染色体缺失包括。 ISL1基因(和其他相关基因)还没有在所有患有Ea/TEF的患者中被发现。因此，我们的研究结果将不会提供直接的证据。 证据和机械性见解揭示了Sox2/Isl1/ECM轴在解释这一缺陷的主要发病机制中所起的重要作用。 与肺部异常有关。

ABSTRACT    Abnormal  separation  of  the  respiratory  system  from  the  foregut  leads  to  the  common  birth  defect  esophageal  atresia/tracheoesophageal  fistula  (EA/TEF)  which  affects  1/2,500-­3000  newborns.  Although  the  anomaly can be corrected with surgical intervention, up to 72% of surviving adolescents and adults continue to  suffer from respiratory problems throughout their lifetime, suggesting a connection between EA/TEF and lung  abnormalities.  Consistently,  EA/TEF  is  always  accompanied  by  abnormal  lungs  (e.g.  lobe  fusion)  in  animal  models, although the underlying mechanism is unknown. We recently showed that an epithelial saddle formed  at the lung-­esophageal boundary moves upward to split the lung and trachea from the esophagus. However,  several important questions remain to be answered. How is the lung involved in saddle formation and movement?  What is the underlying cellular and molecular mechanism? We aim to use a combination of organ culture, frog,  and  mouse  models  to  address  these  issues.  Our  lineage  tracing  data  show  that  derivatives  of  respiratory  progenitor cells (Nkx2.1 positive) integrate into the esophagus during separation. Moreover, our preliminary data  suggest  that  a  unique  lung  epithelial  progenitor  subpopulation  (Sox2;;Sox9;;Isl1  positive)  located  at  the  lung-­ esophageal  boundary  plays  critical  roles  in  the  formation  of  the  saddle.  We  further  found  that  the  loss  of  the  transcription  factor  Sox2  or  Isl1  in  the  lung  progenitors,  including  the  subpopulation,  leads  to  EA/TEF  and  abnormal  lungs  in  both  frogs  and  mice.  Interestingly,  these  abnormalities  are  accompanied  by  a  reduction  of  extracellular matrix (ECM) proteins including Fras family members Fras1 and Frem2 which are known to regulate  lung  development.  We  therefore  hypothesize  that  the  Sox2/Isl1  axis  regulates  ECM  proteins  in  a  lung  epithelial progenitor subpopulation (Sox2;;Sox9;;Isl1 positive) that is required for respiratory-­esophageal  separation and lung development. We will test the hypothesis with three specific aims: Aim1 to determine the  contribution of the lung epithelial progenitor subpopulation to the saddle formation and respiratory-­esophageal  separation;; Aim2 to test the hypothesis that Sox2 regulates Isl1 in the lung epithelial progenitor subpopulation  to  control  respiratory-­esophageal  separation;;  Aim3  to  test  the  hypothesis  that  Isl1  regulates  the  separation  process  and  lung  development  through  ECM  proteins.  Notably,  chromosomal  deletion  of  the  region  covering  ISL1  (and  other  genes)  has  been  found  in  patients  with  EA/TEF.  Our  findings  therefore  will  provide  direct  evidence  and  mechanistic  insight  into  the  role  of  Sox2/Isl1/ECM  axis  in  the  pathogenesis  of  this  defect  and  associated lung abnormalities.