Transcriptional regulation of airway epithelial cell differentiation: Insights into the Notch pathway and beyond

Abstract

El epitelio de las vías respiratorias es un componente crítico del sistema respiratorio y actúa como barrera contra patógenos y toxinas inhalados. Está compuesto por varios tipos de células, cada una con funciones específicas esenciales para el funcionamiento adecuado de las vías respiratorias. Las enfermedades respiratorias crónicas pueden alterar la composición celular del epitelio de las vías respiratorias, lo que provoca una disminución de las células multiciliadas (MCC) y un aumento de las células secretoras (SC). Las células basales (BC) han sido identificadas como las células madre primarias en el epitelio de las vías respiratorias, capaces de autorrenovarse y diferenciarse en MCC y SC. Esta revisión enfatiza el papel de los factores de transcripción en el proceso de diferenciación de BC a MCC y SC. Los avances recientes en las técnicas de secuenciación de ARN unicelular (scRNAseq) han proporcionado información sobre la composición celular del epitelio de las vías respiratorias, revelando tipos de células raras y especializadas, incluidas células neuroendocrinas, células de penacho e ionocitos. Comprender la composición celular y los procesos de diferenciación dentro del epitelio de las vías respiratorias es crucial para desarrollar terapias dirigidas a las enfermedades respiratorias. Además, se analiza el mantenimiento de las poblaciones de BC y la participación de la señalización de Notch en la autorrenovación y diferenciación de BC. Investigaciones adicionales en estas áreas podrían proporcionar información valiosa sobre los mecanismos subyacentes a la homeostasis epitelial de las vías respiratorias y la patogénesis de la enfermedad.

The airway epithelium is a critical component of the respiratory system, serving as a barrier against inhaled pathogens and toxins. It is composed of various cell types, each with specific functions essential to proper airway function. Chronic respiratory diseases can disrupt the cellular composition of the airway epithelium, leading to a decrease in multiciliated cells (MCCs) and an increase in secretory cells (SCs). Basal cells (BCs) have been identified as the primary stem cells in the airway epithelium, capable of self-renewal and differentiation into MCCs and SCs. This review emphasizes the role of transcription factors in the differentiation process from BCs to MCCs and SCs. Recent advancements in single-cell RNA sequencing (scRNAseq) techniques have provided insights into the cellular composition of the airway epithelium, revealing specialized and rare cell types, including neuroendocrine cells, tuft cells, and ionocytes. Understanding the cellular composition and differentiation processes within the airway epithelium is crucial for developing targeted therapies for respiratory diseases. Additionally, the maintenance of BC populations and the involvement of Notch signaling in BC self-renewal and differentiation are discussed. Further research in these areas could provide valuable insights into the mechanisms underlying airway epithelial homeostasis and disease pathogenesis.