Porosomes are cup-shaped lipoprotein structures at the cell plasma membrane involved in fractional release of intra-vesicular contents during secretion. At the base of the porosome facing the cell cytoplasm, secretory vesicles dock, fuse and swell, to release intra-vesicular content during secretion. Earlier studies demonstrate the cystic fibrosis trans-membrane conductance regulator (CFTR) associated with the porosome in human airways epithelial Calu-3 mucous-secreting cells, suggesting its possible involvement in porosome-mediated mucus secretion. The current study was undertaken to test this hypothesis. Electron microscopy followed by morphometric analysis using manual and computational machine learning approaches were used to assess changes in secretory vesicle size and content, following stimulation of secretion in the absence and presence of CFTR inhibitors. Results from the study demonstrate that stimulated Calu-3 cells pre-exposed to CFTR inhibitors, demonstrate attenuation of secretory vesicle swelling and the release of mucin. Consequently, accumulation of intracellular mucin is observed in cells exposed to CFTR inhibitors. These results further suggest that mucin secretion from Calu-3 cells involve CFTR both at the secretory vesicle membrane to regulate vesicle volume and hydration, and at the porosome to facilitate mucin hydration and secretion. These new findings progress our understanding of the involvement of CFTR on mucus hydration and secretion, providing critical insights into the etiology of CF disease.

中文翻译：

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囊性纤维化跨膜电导调节剂（CFTR）抑制导致人气道上皮Calu-3细胞中的粘液积聚：实验和机器学习研究

多孔体是细胞质膜上的杯状脂蛋白结构，参与分泌过程中囊泡内容物的部分释放。在面向细胞胞质的孔小体的底部，分泌小泡对接，融合和膨胀，在分泌过程中释放小泡内的内含物。较早的研究表明，与人气道上皮Calu-3粘液分泌细胞中的小孔相关的囊性纤维化跨膜电导调节剂（CFTR），表明其可能参与了小孔介导的粘液分泌。进行了当前的研究以检验该假设。使用电子显微镜，然后使用手工和计算机学习方法进行形态计量分析，以评估分泌囊泡大小和含量的变化，在不存在CFTR抑制剂的情况下刺激分泌。研究结果表明，受刺激的Calu-3细胞预先暴露于CFTR抑制剂，可减轻分泌性囊泡肿胀和粘蛋白的释放。因此，在暴露于CFTR抑制剂的细胞中观察到细胞内粘蛋白的积累。这些结果进一步表明从Calu-3细胞分泌的粘蛋白在分泌小泡膜上调节CFTR以调节囊泡的体积和水合作用，并在小体上参与CFTR以促进粘蛋白的水合作用和分泌。这些新发现使我们对CFTR参与粘液水化和分泌的理解有了进一步的了解，为CF病的病因学提供了重要见解。研究结果表明，受刺激的Calu-3细胞预先暴露于CFTR抑制剂，可减轻分泌性囊泡肿胀和粘蛋白的释放。因此，在暴露于CFTR抑制剂的细胞中观察到细胞内粘蛋白的积累。这些结果进一步表明从Calu-3细胞分泌的粘蛋白在分泌小泡膜上调节CFTR以调节囊泡的体积和水合作用，并在小体上参与CFTR以促进粘蛋白的水合作用和分泌。这些新发现使我们对CFTR参与粘液水化和分泌的理解有了进一步的了解，为CF病的病因学提供了重要的见解。研究结果表明，受刺激的Calu-3细胞预先暴露于CFTR抑制剂，可减轻分泌性囊泡肿胀和粘蛋白的释放。因此，在暴露于CFTR抑制剂的细胞中观察到细胞内粘蛋白的积累。这些结果进一步表明从Calu-3细胞分泌的粘蛋白在分泌小泡膜上调节CFTR以调节囊泡的体积和水合作用，并在小体上参与CFTR以促进粘蛋白的水合作用和分泌。这些新发现使我们对CFTR参与粘液水化和分泌的理解有了进一步的了解，为CF病的病因学提供了重要见解。这些结果进一步表明从Calu-3细胞分泌的粘蛋白在分泌小泡膜上调节CFTR以调节囊泡的体积和水合作用，并在小体上参与CFTR以促进粘蛋白的水合作用和分泌。这些新发现使我们对CFTR参与粘液水化和分泌的理解有了进一步的了解，为CF病的病因学提供了重要的见解。这些结果进一步表明从Calu-3细胞分泌的粘蛋白在分泌小泡膜上调节CFTR以调节囊泡的体积和水合作用，并在小体上参与CFTR以促进粘蛋白的水合作用和分泌。这些新发现使我们对CFTR参与粘液水化和分泌的理解有了进一步的了解，为CF病的病因学提供了重要的见解。