Autophagy and senescence in primary human bronchial epithelial cells in the context of COPD

Английский. Chronic obstructive pulmonary disease (COPD) is the third largest cause of death worldwide, with its most prominent risk factor being inhalation of smoke and pollutants. In this project, we studied two processes that are involved in COPD: autophagy and cellular senescence. Using primary human bronchial epithelial cells (HBECs) from healthy and COPD donors, we aimed to show that cigarette smoke extract (CSE) gives rise to an impaired autophagy flux as well as increased senescence. With multiple CSE incubation times and CSE concentrations, our data shows an impaired autophagy flux at the early time points 5h and 24h. However, the senescence data is inconclusive. Further optimization of the study design could enable the development of an appropriate in vitro assay. In the end, could continued research of this kind contribute to increased knowledge and understanding of the disease, as well as enable development of medical targets in the mission of disease treatment.

Шведский. Rökextrakt och dess negativa påverkan på återvinningsprocesser i lungceller från KOL-patienter Kroniskt obstruktiv lungsjukdom (KOL) är en global folksjukdom och den tredje största dödsorsaken i världen. Den kan kopplas till en mängd andra sjukdomar och tillstånd som också ofta ökar risken för att utveckla KOL, t ex hög ålder, kardiovaskulära och neurosjukdomar. Men den största och mest välkända riskorsaken för KOL är rökning och exponering för föroreningar. Vi har studerat celler från KOL-patienters andningsvägar och fokuserat på två processer som är viktiga för cellens hälsa: autofagi och cellulär senescence. Vi kan utifrån våra resultat, och i likhet med tidigare publiserad forskning, konstatera att rökningen påverkar dessa processer och ger upphov till en sjuk och skadad cell. Autofagi är ett typ av återvinningssystem i cellen, där proteiner och andra cellkomponenter bryts ned och återvinns. Det är en process som alltid pågår, men som vid cellulär skada och/eller näringsbrist aktiveras ytterligare. Detta med syfte att regenerera komponenter så som aminosyror samt ta hand om de skadade celldelarna. Cellulär senescence å andra sidan, är en process som kan liknas vid cellulärt åldrande. När en cell blir tillräckligt gammal och/eller skadad finns det olika slutdestinationer. Antingen så genomgår cellen programmerad celldöd (apoptos) eller så blir den senescent. Det är ett mer eller mindre permanent tillstånd som innebär att cellen är levande men har slutat celldela sig. Processen är viktig för att hålla vävnad frisk och för att förhindra att skadade celler utvecklas till t ex cancerceller. Samtidigt har förhöjda nivåer av senescence kunnat kopplas ihop med olika sjukdomar, bland annat KOL. Vi studerade nivåerna av autofagi och cellulär senescence i celler från friska och KOL- patienters bronchier, närmare bestämt celler från det yttersta lagret av vävnaden – epitelet. Det är dessa celler som röken kommer i direktkontakt med. Genom att utsätta cellerna för rökextrakt i vätskeform, och sedan inkubera dem i denna vätska i mellan 5-72h, kunde vi studera nivåerna av autofagi och senescence i cellerna. Det gjorde vi genom att följa nivåerna av olika så kallade proteinmarkörer, med hjälp av tekniker baserade på fluoreserande antikroppar. Dels visualiserade vi proteinmarkörerna i ett högupplöst mikroskop, där en fluoreserade signal påvisade proteinets lokalisering i cellen. Utöver det använde vi så kallad immunoblotting, vilket innebär att man kan extrahera och kvantifiera mängden av ett specifikt protein från hela cellens alla proteiner. Vi fann, i enlighet med tidigare forskning, att rökextrakt gör att autofagi-processen blir nedsatt. Det leder i sin tur till att skadade cellkomponenter ackumuleras i cellen. Tidigare forsking har också kunnat koppla en nedsatt autofagi med ökad senescence. Denna koppling kunde vi inte göra i vår data, på grund av en för liten datamängd och odefinierbara resultat. Överlag, kan vi konstatera att experimentet skulle behöva inkludera fler donatorer samt en förändrad experimentdesign. Med dessa modifikationer skulle det kunna bidra till mer forskning som ökar förståelsen för hur autofagi och senescence samspelar i kontexten för KOL-sjukdomen. Masterexamensprojekt i Molekylärbiologi 30 hp 2023 Biologiska institutionen, Lunds universitet Handledare: Svitlana Salemio, Barry Collins Target Science/Bioscience, AstraZeneca Gothenburg