Residente Makrophagen besiedeln sämtliche Gewebe des Organismus, wo sie Funktionen der Homöostase, der Immunität und der Reparatur ausüben. Ihre phänotypische Spezialisierung hängt stark von ihrem Mikromilieu ab, sodass die Rolle der Gewebenische bei der Festlegung ihrer Identität Gegenstand einer lebhaften Debatte ist. Alveolarmakrophagen, die in der Lunge ansässig sind, weisen eine bemerkenswerte Besonderheit auf: Im Gegensatz zu den meisten Primärmakrophagen, deren Proliferationskapazität in Kultur sehr begrenzt bleibt und deren Populationen heterogen sind, können sie sich in großer Zahl und über lange Zeiträume vermehren. Diese Eigenschaft steht im Zusammenhang mit der konstitutiven Expression niedriger Mengen der antiproliferativen Transkriptionsfaktoren MafB und cMaf, die ein Netzwerk von Selbsterneuerungsgenen zugänglich hält, das in den anderen Makrophagenlinien normalerweise reprimiert ist. Allerdings war bekannt, dass diese Zellen ebenso wie die Mikroglia einen Teil ihrer gewebespezifischen transkriptionellen Signatur verlieren, wenn sie in Kultur gebracht werden, vermutlich aufgrund des Fehlens der Nischensignale in vivo. Offen blieb die Frage, ob diese Anpassungen endgültig oder reversibel waren und insbesondere, ob sie mit irreversiblen Veränderungen der Chromatinzugänglichkeit einhergingen.
Um dies zu klären, verglich das Team die transkriptionelle und epigenetische Identität muriner Alveolarmakrophagen nach einer verlängerten Expansion in Kultur, vor und nach ihrer Retransplantation in die pulmonale Nische. Die kultivierten Zellen, die aus bronchoalveolären Lavagen gewonnen wurden, wurden zwei Monate lang amplifiziert und anschließend intratracheal in Empfängermäuse übertragen, wobei die allotypischen Marker CD45.1 und CD45.2 die Unterscheidung der transplantierten Zellen von den Wirtsmakrophagen ermöglichten. Die Analyse kombinierte RNA-Sequenzierung (RNA-seq) und die Untersuchung der Chromatinzugänglichkeit mittels ATAC-seq, vier Monate nach der Transplantation.
Die Ergebnisse zeigen, dass die in vitro expandierten Makrophagen ein zentrales, für ihre Linie charakteristisches Expressionsprogramm beibehalten, während sie zugleich Anpassungen im Zusammenhang mit Adhäsion, Metabolismus und Proliferation aufweisen. Diese Veränderungen erweisen sich als vorübergehend: Nach der Transplantation erwerben die Zellen erneut eine transkriptionelle und epigenetische Identität, die nahezu nicht von derjenigen der residenten Alveolarmakrophagen zu unterscheiden ist, die niemals in Kultur waren, und dies sogar nach mehreren Monaten der Amplifikation. Die in Kultur veränderten Regionen offenen Chromatins stimmen wieder vollständig mit denen der residenten Zellen überein, und die transplantierten Makrophagen erhalten sich dauerhaft selbst in der alveolären Nische. Diese Zellen bewahren somit über lange Zeiträume und zahlreiche Teilungen hinweg ihre Empfänglichkeit für die entscheidenden Umgebungssignale der pulmonalen Nische.
Diese Arbeiten zeigen, dass die verlängerte Proliferation von Alveolarmakrophagen in Kultur ihre zelluläre Identität in vivo nicht beeinträchtigt. Die Robustheit dieser Identität macht diese Zellen zu einem Kultursystem mit hoher Wiedergabetreue, das den Wechsel zwischen experimenteller Manipulation ex vivo und Validierung in vivo erlaubt, wodurch sich neue Möglichkeiten für die mechanistische Analyse eröffnen und ihr therapeutisches Potenzial hervorgehoben wird.