Эпителий кишечника весьма динамичная ткань с постоянной пролиферацией, миграцией, дифференцировкой и апоптозом, приводящими к полному обновлению каждые 2-7 дней организованным в пространстве и времени способом. Этот процесс скоординирован с помощью небольшого числа высоко консервативных сигнальных путей (Sanch e.a.2004). По мере миграции в направлении ворсинок, клетки предшественники дифференцируются в разные типы клеток, которые могут быть идентифицированы с использованием морфологических критериев и благодаря экспрессии специфических генов. Дифференцированные эпителиальные клетки принадлежат двум классам: абсорбтивным энтероцитам и секреторным клеткам. Секреторные клетки могут быть также подразделены на три типа клеток: слизь-продуцирующие бокаловидные клетки, гормон-секретирующие энтероэндокринные клетки и бактериоцидные Paneth клетки.

Состав эпителия ворсинок в основном является результатом взаимодействия сигнальных путей, которые активны в стволовых криптах и клетках предшественниках. Наиболее изученными примерами являются Wingless-related MMTV integration site (Wnt) и Notch пути. Ингибирование сигнального пути Wnt вызывает полную потерю предшественников в эпителиальных криптах (Korinek e.a. 1998; Pinto e.a. 2003). Генетическое и фармакологическое подавление пути Notch направляет клетки в направлении секреторной судьбы, даже если Wnt каскад остаётся активным (Fre et al, 2005; van Es e.a. 2005b) и соотв. делеция Notch эффектора hairy/enhancer of split 1 (Hes1) приводит к генерации избыточного количества бокаловидных, энтероэндокринных и Панет клеток (Jensen e.a. 2000; Suzuki e.a. 2005). Напротив, bHLH транскрипционный фактор, кодируемый геном Athonal homologue 1 (Atoh1, также известным как Math1), который репрессируется с помощью HES1 транскрипционного фактора? необходим для клеток предшественников. чтобы воспринять секреторную судьбу (Yang e.a. 2001; Shroyer e/a/ 2007; van Es e.a. 2010). Часто полагают, что существует одиночный Atoh1-зависимый секреторный предшественник для всех трех типов секреторных клеток. Однако некоторые данные подчеркивают существование нескольких би-потентных предшественников, которые могут продуцировать или энтероциты или секреторную клетку, принадлежащую бокаловидному, энтероэндокринному или Панет типу клеток, выбор судьбы, скорее всего, базируется на передаче сигналов Notch (Bjerknes and Cheng, 1999). Помимо ATOH1 ряд др. транскрипционных факторов детерминирует выбор клетками судьбы и дифференцировку в направлении одного из типов секреторных клеток, Neurogenin 3 (Neurog3, также известен как Ngn3) является важным для всех энтероэндокринных клеток кишечника (Jenny e.a. 2002; Mellitzer e.a. 2010) и , как сообщалось, репрессируется с помощью growth factor-independet 1 (GFI1) транскрипционного фактора, который обычно экспрессируется в Панет и бокаловидных клетках (Bjerknes and Cheng, 2010). Делеция гена Gfi1 в свою очередь, вызывает увеличение популяции энтероэндокринных клеток за счет Панет и бокаловидных клеток (Shroyer et al., 2005), скорее всего, в результате клеточного репрограммирования Панет и бокаловидных клеток в направлении Neurog3+ энтероэндокринных клеток (Bjerknes and Cheng, 2010). Гены Kruppel-like factor 4 (Klf4) и SAM pointed domain containing Ets transcription factor (Spdef) необходимы для терминальной дифференцировки бокаловидных клеток (Katz e.a. 2002). Spdef необходим для созревания клеток Панет (Gregorieff e.a. 2009) и дифференцировка сдвигается в направлении бокаловидных клеток за счет абсорбтивных, так и Панет и энтероэндокринных типов клеток эпителия кишечника трансгенных животных с избыточной экспрессией Spdef (Noah e.a. 2010). Наконец, SRY-box containing gene 9 (Sox9) важен для дифференцировки Панет клеток (Bastide e.a. 2007; Mori-Akiyama e.a. 2007) , а передача сигналов Wnt посредством Frizzled-5 рецептора необходима для их окончательного созревания (van Es e.a. 2005a).

Постоянный оборот кишечного эпителия базируется на способности к самообновлению стволовых клеток. Ген мишень для Wnt, Leucine-rich repeat containing G protein-coupled receptor 5 (Lgr5), был идентифицирован в качестве маркера столбчатых клеток в основании крипт (Barker e.a. 2007). Генетическое отслеживание клонов показало, что столбчатые клетки в основании крипт (СИС) мультипотентны и самообновляющиеся, и, значит, представляют прирожденные стволовые клетки кишечника (Bjerknes and Cheng, 1999; Barker e.a. 2007). Кроме того, клетки, располагающиеся выше компартмента Панет клеток (также известные как +4 позиция) и экспрессирующие Bmi1 polycomb ring finger oncogene (Bmi1)? как сообщалось обладают свойствами стволовых клеток (Sangiorgi and Capecchi, 2008). Однако присутствие этих клеток ограничивается двенадцатиперстной кишкой, а недавние исследования показали, что экспрессия Bmi1, по крайней мере частично. перекрывается с экспрессией Lgr5 (van der Flier e.a. 2009). И Lgr5+ и Bmi1+ клетки активно делятся и представляют собой популяцию долгоживущих молчащих стволовых клеток в кишечном эпителии, что является предметом спора. Напр., мы недавно продемонстрировали, что отдельные клетки, экспрессирующие doublrcortin-like kinase 1 белок (DCLK1, также известен ка DCAMKL1), которые рассматриваются как предполагаемые молчаще стволовые клетки (Ginnakis e.a. 2006; May e.a. 2008, 2009; Dekaney e.a. 2009; Jin e.a. 2009; Sureban e.a. 2009), являются bona fide tuft (с пучками) клетками (Gerbe e.a. 2009). Поскольку их первая идентификация в трахее крыс (Rhodin and Dalhamm, 1956) и в ЖКТ мыши (Jarvi and Keyrilainen, 1956), tuft клетки (также известны как brush (кисточковые) клетки) были обнаружены в нескольких эпителиях, производных энтодермы. Эти клетки характеризуются длинными и грубоватыми микроворсинками с выраженными корешками и с хорошо развитой системой тубул и пузырьков в надъядерной цитоплазме (Sato, 2007). Некоторые маркеры были предположены для tuft клеток, включая villin, fimbrin (Hofer and Drenckhalm, 1992), нейрональная nitric oxyde syntase (Kugler e.a. 1994), α-gustducin (Hofer e.a. 1996), Ulex europaeus lectin 1 (Gebhard and Gebert, 1999, Gebert e.a. 2000), Cytokeratin 18 (Hofer and Drenckhahn, 1996) и transient recrptor potential cation channel, subfamily M, member 5 (TRPM5; Bezencon e.a. 2007). Однако благодаря своей повсеместной экспрессии в кишечном эпителии, villin и fimbrin не являются существенными маркерами кишечных tuft клеток (Hofer and Drenckhahn, 1996). Сходным образом? экспрессия α-gusducin, Trpm5 и Ulex europaeus lectin 1 описана в субтипах энтероэндокринных клеток (Jang e.a. 2007; Sutherland e.a. 2007; Bezencon e.a. 2008; Kokrashvili e.a. 2009). Наконец, высокая экспрессия нейрональной nitric oxyde syntase описана в tuft клетках желудка и поджелудочной железы (Kugler e.a. 1994) не является признаком собственно кишечных tuft клеток (Sutherland e.a. 2007), а ценность Cytokeratin 18 в качестве маркера tuft клеток кишечника мыши оспаривается (Gebert e.a. 2000). Т.о., не один из приведенных выше маркеров не является специфическим для tuft клеток. Функциональные исследования tuft клеток всё ещё невозможны. Здесь мы описываем маркерную сигнатуру, которая позволяет четко идентифицировать tuft клетки мыши и человека, как в тонком, так и толстом кишечнике. Мы расширили наши предыдущие исследования, чтобы продемонстрировать, что DCLK1-экспрессирующие tuft клетки являются короткоживущими, постмитотическими клетками, которые постоянно генерируются из стволовых клеток, экспрессирующих Дпк5ю Более того, в отличие от общепринятой точки зрения, мы показали, что tuft клетки не принадлежат энтероэндокринному клону, а скорее составляют самостоятельную единицу с потребностью в транскрипционном факторе для дифференцировки, которая отличается от таковой энтероцитов, энтероэндокринных, Панет и бокаловидных клеток.