Tuft buňky (tuft cells) nazývány také jako kartáčové buňky nebo Bertovy buňky, jsou epiteliální buňky nacházející se v mnoha epitelech dutých orgánů. Všechny jejich názvy odkazují na jejich specifickou morfologii. Tuft buňky jsou stejně jako ostatní epiteliální buňky polarizované s odlišnou bazální a apikální částí. Zatímco bazální část buňky sedí na bazální lamině epitelu, její apikální stranu tvoří trs hustých mikroklků.
Poprvé byly objeveny v roce 1956 v krysí průdušnici a později v myším gastrointestinálním traktu. V roce 1959 byly objeveny i v lidské průdušnici. Běžně je můžeme najít ve střevním epitelu, v epitelu žaludku a v dýchacím epitelu od nosní dutiny až po plicní alveoly.
Existuje několik typů tuft buněk podle místa jejich výskytu v různých orgánech, 2 subtypy v dýchacím epitelu a 2 v epitelu tenkého střeva. Tyto typy a subtypy se v některých funkcích shodují a v jiných liší. Podle jejich funkcí poté exprimují různé molekuly.
Intestinální tuft buňky ve střevním epitelu jsou většinu času izolované a tvoří méně než 1% buněk střevního epitelu. Jejich buněčný obrat je ekvivalentní jejich sousedním epiteliálním buňkám, záleží tedy na místě výskytu tuft buňky (3-5 dní ve střevním epitelu, 168-267 dní v dýchacím epitelu).
Jejich hlavní funkcí je spouštění imunitní odpovědi druhého typu při parazitické infekci helminty a chemosenzorická funkce, díky níž vnímají chemické signály z okolí, což může souviset s rozpoznáním zánětu a infekce.
Morfologie Specifická morfologie tuft buňkám dala jejich název. Jedná se o polarizované epiteliální buňky, u kterých na apikální straně najdeme svazek mikroklků směřujících do lumen orgánu. Mikroklky jsou tvořené aktinovými vlákny (mikrofilamenty) a molekulami villin a fimbrin, které pronikají z mikroklků do buňky až k apikální straně jádra. Golgiho aparát najdeme vedle jádra na apikální straně buňky. Velké množství apikálních váčků z Golgiho aparátu formuje tubulovesikulární systém buňky. S okolními epiteliálními buňkami jsou tuft buňky pevně spojeny těsnými spoji a desmozomy.
Tvar buňky záleží na orgánu, kde je buňka přítomna. Rozdíly v morfologii odráží specifické funkce tuft buněk v různých orgánech. Ve střevním epitelu jsou tuft buňky cylindrické a na apikální i bazální straně těsně přiléhají k okolním buňkám. V plicním epitelu jsou kartáčové buňky plošší než cylindrické ve střevním epitelu. Ve žlučníku najdeme tuft buňky kubického tvaru.
Funkce Podle tříd proteinů a receptorů, které tuft buňky exprimují, by mohly zastávat různé funkce, jako chemosenzorickou funkci, napomáhání diferenciaci a migraci buněk, protizánětlivou funkci a další ucelené fyziologické odpovědi.
Tuft buňky sdílejí mnoho charakteristik podobných s chemoreceptory v chuťových pohárcích. Obsahují chuťové receptory a chuťový signální aparát, díky čemuž mohou fungovat jako chemoreceptory vnímající mnoho chemických signálů v okolí, zejména molekuly vzdušných alergenů jako je pyl nebo spory, které vyvolávají alergickou reakci, nebo přítomnost parazitů, zejména helmintů. Skrze aktivaci chuťových receptorů hořkými částicemi vyvolávají tuft buňky v močové trubici zvýšení hladiny vápenatých kationtů v buňce a uvolnění acetylcholinu. Předpokládá se, že tato signalizace může vyvolat aktivaci různých blízkých buněk a vést k reflexu stažení hladkého svalstva močového měchýře a k jeho vyprázdnění.
Hrají roli ve spouštění imunitní odpovědi druhého typu a v její regulaci. Regionálně specifické cholinergickh tuft buňky lokalizované v epitelu tenkého a tlustého střeva hrají roli v reakcích imunitního systému, kde kterým dochází na sliznici střev, a to zvláště při infekci, rakovině a zánětu. Tuft buňky monitorují lumen střeva a předávají signály imunitním buňkám ležícím pod epiteliální vrstvou střeva. V neposlední řadě poté hrají roli ve vývoji imunitních buněk v brzlíku.
Sekretují mnoho různých biologicky významných molekul, jako interleukin 25 a různé mediátory, zejména acetylcholin. Signály a sekretované mediátory jsou zcela závislé na kontextu okolí. Tuft buňky jsou těsně asociované s neurony a sekrecí leukotrienu C4. Cholinergické tuft buňky ve střevě neustále exprimují 2 enzymy, COX1 a PGDS, které jsou nutné k produkci prostaglandinu. V některých epitelech pak tuft buňky mohou silně exprimovat Na/K ATPázu zahrnutou v sekreci a absorpci elektrolytů.
Tuft buňky odpovídají na tkáňové poškození a vznik nádoru v mnoha orgánech (například v tlustém střevě, plicích a žaludku). Diskutuje se o jejich funkci ve snižování poškození sliznice zapříčiněném kyselou tráveninou přicházející ze žaludku nebo organickými kyselinami produkovanými bakteriemi v lumen střeva. Studie z roku 2024 odhalila u střevních tuft buněk funkci rezervních kmenových buněk střevního epitelu.
Role v imunitní odpovědi druhého typu Výzkum ukázal, že tuft buňky ve střevním epitelu myší jsou aktivovány parazitickou infekcí. Jejich aktivace vede k sekreci interleukinu-25 (IL-25), což je cytokin patřící do IL-17 cytokinové superrodiny, který podporuje rozvoj Th2 imunitní odpovědi, která působí proti střevním infekcím způsobeným helminty a dalšími extracelulárními patogeny. Tento typ imunitní odpovědi je zodpovědný za rozvoj alergie a astmatu. Na druhou stranu IL-25 způsobuje inhibici imunitní odpovědi poháněné Th1 a Th17. IL-25 je aktivátorem přirozených lymfoidních buněk typu 2 (ILC2), které se účastní imunitní odpovědi především proti helmintům a alergenům. IL-25 iniciuje a zesiluje cytokinovou odpověď typu 2 charakteristickou sekrecí Th2 cytokinů IL-4, IL-5 a IL-13, aktivuje NF-κB, stimuluje produkci IL-8, hlavní chemotaktické látky pro neutrofily, a reguluje také produkci IL-9. Tuft buňky jsou dominantním zdrojem IL-25 během homeostáze i během helmintózy.
Imunitní odpověď druhého typu je založena na přítomnosti tuft buněk a bez jejich přítomnosti je velmi snížena. Je to dané hlavně tím, že pro odpověď je esenciální IL-25 produkovaný právě tuft buňkami. Tato skutečnost potvrzuje jejich důležitou fyziologickou funkci v boji proti helmintóze. Mimo toho tuft buňky hrají roli i v lokální regeneraci střeva po infekci.
Aktivace tuft buněk k produkci IL-25 je spojena s metabolitem sukcinátem, který se obvykle vyskytuje uvnitř buněk, ale ne v jejich extracelulárním prostoru. Sukcinát je produkovaný parazitem a váže se na specifické receptory Suncr1 na povrchu tuft buněk.
Během imunitní odpovědi druhého typu dochází k remodelaci střevního epitelu, za kterou je zodpovědný interleukin-13 (IL-13), který je produkován hlavně přirozenými lymfoidními buňkami typu 2 (ILC2) a pomocnými T-lymfocyty 2. typu (Th2) umístěnými v lamina propria. IL-13 interaguje s nezapojenými epiteliálními progenitory a signalizuje potřebu jejich přeměny v pohárové buňky a v tuft buňky. Během parazitické infekce tedy množství tuft buněk ve střevním epitelu rapidně vzroste, což je charakteristickým znakem infekce typu 2. Jedná se o pozitivní zpětnou vazbu, kdy nové tuft buňky vytvořené díky působení IL-13 produkují další IL-25, který iniciuje další produkci IL-13 v ILC2 lymfoidních buňkách.
Tuft buňky skrze IL-25 aktivují přirozené lymfoidní buňky typu 2 (ILC2), které jsou dimunantním brzkým zdrojem IL-5, IL-9 a IL-13 v mnoha modelech zánětu druhého typu. ILC2 pozbývají antigenní receptor a je zde náznak, že by mohli vnímat přímo antigen typu 2, a podporují vypuzení helminta z těla nezávisle na Th2 buňkách. Do imunitní odpovědi ILC2 se začleňuje mnoho derivátů a aktivačních signálů včetně cytokinů, leukotrienů a neuronáních peptidů (např. neuromedin U). Současné modely ukazují, že ILC2 využívají tyto signály k monitorování stavu jejich okolních tkání a stávají se aktivními při narušení homeostáze.
Jak již bylo výše řečeno, IL-13 produkovaný ILC2 signalizuje nediferencovaným progenitorovým buňkám potřebu jejich přeměny v pohárkové a tuft buňky. Tomuto procesu se říká tuft-ILC2 dráha, jejíž detaily zatím neznáme, ale víme, že vede k hyperplázii pohárkových a tuft buněk v tenkém střevě. Ukázalo se, že aktivace tuft-ILC2 dráhy vede k prodloužení tenkého střeva, což by mělo vyrovnat úbytek enterocytů při hyperplázii pohárkových a tuft buněk při infekci.
Tuft buňky mimo cytokinu IL-25 exprimují prostaglandiny, leukotrieny a acetylcholin. Acetylcholin je tvořený z cholinu a acetylkoenzymu A pomocí enzymu cholin-acetyltransferázy. Tuft buňky byly identifikovány jako jediný buněčný zdroj pro epiteliální biosyntézu acetylcholinu v lidském zažívacím traktu, což vede k domněnce, že signalizace cholinergických tuft buněk (subtyp produkující acetylcholin) může hrát hlavní roli v imunitě sliznice, zejména při infekci a rakovině. Možným cílem acetylcholinu jsou epiteliální buňky střeva a různé buňky imunitního systému.
Chemosenzorická funkce Tuft buňky exprimují signální molekuly typické pro chemosenzorické buňky a na molekulární úrovni vykazují nápadné podobnosti s chuťovými buňkami v ústní dutině. Chemosenzorickou funkci využívají k monitorování jejich okolí a k posunu přijímaných environmentálních signálů k efektům, které regulují odpověď ve tkáni.
Ukazuje se, že tuft buňky využívají chuťové receptory k detekci konkrétního druhu helminta a k nastartování produkce IL-25, což ukazuje na jejich důležitost během helmintózy. U myší byla testována schopnost reagovat na infekci helminty. Pokud myši postrádaly funkční chuťový receptor nebo měly nedostatek tuft buněk, byla u nich reakce na infekci výrazně horší než u myší s funkčním chuťovým receptorem a dostatkem tuft buněk.
Předpoklad, že jsou tuft buňky zapojené do chemosenzorické funkce byl posílen objevem α-gustducinu a ostatních členů signální kaskády vnímání chuti v tuft buňkách střeva a slinivky břišní. Tuft buňky exprimují kationtový kanál (Trpm5), který přenáší signály hořké, sladké a umami chutě, a kódují geny zahrnuté v transdukci hořké a umami chutě. Zachycení ligandu na receptor aktivuje kaskádu, jejíž součástí je α-gustducin, PLCβ2 a TRPM5, která může vést k uvolnění acetylcholinu na bazální stranu buňky a do nejbližšího komplexu sestávajícího z heterogenních populací epiteliálních buněk, buněk laminy proprii, buněk imunitního systému a konců subepiteliálních nervů. Signalizace probíhá následovně: G protein aktivuje α-gustducin (GNAT3), který iniciuje skrze fosfolipázu intracelulární tok vápníku (PLCβ2), vzestup vápenatých iontů otevře kationtový kanál TRPM5, což vede k depolarizaci membrány buňky. Existuje hypotéza, která tvrdí, že mohou existovat specifické G proteinové receptory pro tuft buňky vnímající protista a helminty.
Na tuft buňkách tenkého střeva byl identifikován extracelulární sukcinát receptor 1 (SUCNR1). Sukcinát je schopný vyvolat hyperplázii tuft buněk a aktivovat ILC2. Je prvním ligandem identifikovaným pro střevní tuft buňky a je jedním z ligandů vyvolávajících imunitní odpověď druhého typu při zánětu. Sukcinát je intermediátem Krebsova cyklu a tudíž se běžně vyskytuje uvnitř buněk našeho těla. Mikroorganismální patogeni oproti tomu využívají různé odlišné metabolické dráhy uzpůsobené prostředí s vysokým obsahem živin, ale s nízkým obsahem kyslíku. Tyto metabolické dráhy často vedou k produkci a sekreci sukcinátu jako odpadního produktu do lumen střeva. Bakteriální dysbióza vede k hyperplázii SUCNR1-dependentních tuft buněk v tenkém střevě.
Vývoj