Distribution of phenotypically disparate myocyte subpopulations in airway smooth muscle

Phenotype and functional heterogeneity of airway smooth muscle (ASM) cells in vitro is well known, but there is limited understanding of these features in vivo. We tested whether ASM is composed of myocyte subsets differing in contractile phenotype marker expression. We used flow cytometry to compare smooth muscle myosin heavy chain (smMHC) and smooth muscle-α-actin (sm-α-actin) abundance in myocytes dispersed from canine trachealis. Based on immunofluorescent intensity and light scatter characteristics (forward and 90° side scatter), 2 subgroups were identified and isolated. Immunoblotting confirmed smMHC and sm-α-actin were 10- and 5-fold greater, respectively, in large, elongate myocytes that comprised ~60% of total cells. Immunohistochemistry revealed similar phenotype heterogeneity in human bronchial smooth muscle. Canine tracheal myocyte subpopulations isolated by flow cytometry were used to seed primary subcultures. Proliferation of subcultures established with myocytes exhibiting low levels of smMHC and sm-α-actin was ~2× faster than subcultures established with ASM cells with a high marker protein content. These studies demonstrate broad phenotypic heterogeneity of myocytes in normal ASM tissue that is maintained in cell culture, as demonstrated by divergent proliferative capacity. The distinct roles of these subgroups could be a key determinant of normal and pathological lung development and biology.Key words: flow cytometry, phenotype, heterogeneity, asthma, differentiation.

L'hétérogénéité phénotypique et fonctionnelle des cellules du muscle lisse des voies aériennes (MLVA) in vitro est bien connue; toutefois, notre compréhension de ces caractéristiques in vivo est encore floue. Nous avons examiné si le MLVA est composé de sous-populations de myocytes ayant des profils différents d'expression des marqueurs phénotypiques contractiles. Nous avons utilisé la cytométrie de flux pour comparer la quantité de chaînes lourdes de myosine (CLMml) et d'α-actine-ml du muscle lisse dans des myocytes dispersés de la trachée de chien. Nous nous sommes basés sur l'intensité d'immunofluorescence et les caractéristiques de diffusion de la lumière (frontale et latérale à 90°) pour identifier et isoler 2 sous-groupes. L'immunotransfert a confirmé que les taux de CLMml et d'α-actine-ml étaient d'un facteur 10 et 5 plus élevés, respectivement, dans les gros myocytes allongés où se trouvaient ~60 % de la totalité des cellules. L'immunohistochimie a révélé une hétérogénéité phénotypique similaire dans le muscle lisse bronchique humain. Les sous-polulations de myocytes de la trachée canine, isolées par cytométrie de flux, ont été utilisées pour ensemencer des sous-cultures primaires. La prolifération des sous-cultures établies avec les myocytes affichant de faibles taux de CLMml et d'α-actine-ml a été ~2 fois plus rapide que celle des sous-cultures établies avec les cellules MLVA ayant une forte teneur en protéines marqueurs. Ces études démontrent la très grande hétérogénéité phénotypique des myocytes dans le tissu MLVA normal maintenu en culture cellulaire, tel que démontré par une capacité proliférative divergente. Les rôles distincts de ces sous-groupes pourraient être un déterminant majeur de la biologie et du développement du poumon sain et pathologique.Mots clés : cytométrie de flux, phénotype, hétérogénéité, asthme, différenciation.[Traduit par la Rédaction]