Выстилка кишечника – эпителий – не просто поглощает питательные вещества из вашего обеда. Он растет, сжимается и корректирует сам состав своих клеток в ответ на то, что вы только что съели. И понимание этого процесса может дать ученым новое понимание поведения раковых клеток.
"Нас интересует, как ваша диета влияет на процесс роста и обновления эпителиальных клеток кишечника, но мы можем узнать из этого гораздо больше," объясняет Меган Дейли, доцент кафедры зоотехники Иллинойского университета. "Например, можно ли кормить стволовыми клетками ткани разного размера и клеточного состава?? Можете ли вы сказать ткани, которая разрастается, когда нужно прекратить рост??"
Способность слизистой оболочки кишечника реагировать на вашу пищу зависит от стволовых клеток, спрятанных в крошечных криптах вдоль эпителия. Определенные сигналы заставляют стволовые клетки увеличивать эпителий, чтобы справляться с большим объемом поступающей пищи.
"Если я поеду в отпуск и начну есть больше еды, мои ткани вырастут. Но в какой-то момент я вернусь, и мой кишечный эпителий перестанет расти и снова сократится," Дейли говорит. "Откуда стволовые клетки знают, что нужно выращивать или когда нужно останавливаться? Какой сигнал?"
Стволовые клетки всегда заменяют клетки, которые теряются при нормальном износе в кишечнике. Дейли говорит, что стволовые клетки большинства взрослых большую часть времени сосредоточены на этом процессе обновления, а не на росте.
Дэйли и группа исследователей искали сигналы и клеточные ответы эпителиальных клеток кишечника во время роста и обновления и опубликовали свои результаты в Journal of Cellular Physiology.
Команда выделила стволовые клетки из крипт эпителия кишечника у мышей и подвергла их воздействию различных уровней глюкозы, представляющих уровни, обычно наблюдаемые до или после еды. Дейли поясняет, что исследование не было разработано для моделирования диет с высоким или низким содержанием сахара. Она говорит, что глюкоза всегда циркулирует на низком уровне в нашем кровотоке. После любого приема пищи наблюдается значительный прилив питательных веществ.
Исследователи подозревали, что доступность глюкозы может вызвать переход от режима обновления к режиму роста. Чтобы подтвердить это, они изучили скорость двух стандартных метаболических путей, связанных с обновлением (окислительное фосфорилирование) и ростом (гликолиз). Оба пути превращают сахар или сахарные продукты в энергетическую молекулу АТФ, но окислительное фосфорилирование производит намного больше молекулы.
Исследование показало, что стволовые клетки, подвергшиеся воздействию более высоких уровней глюкозы, имели более высокую скорость гликолиза, но скорость окислительного фосфорилирования не изменилась. Другими словами, стволовые клетки переключились в режим роста при воздействии большего количества глюкозы.
"В прошлом переключение с окислительного фосфорилирования на гликолиз считалось признаком рака. Теперь мы знаем, что это всего лишь показатель пролиферирующей клетки. И наша команда первой нашла его в эпителиальных стволовых клетках кишечника," Дейли говорит.
Затем исследователи изучили движущую силу перехода на гликолиз, сосредоточив внимание на сетях протеинкиназ, связанных с транспортом глюкозы в клетку. Они предположили, что одни и те же сети работают как в условиях низкого, так и высокого уровня глюкозы, и что они более активны при воздействии более высоких уровней глюкозы.
"Оказывается, не так," Дейли говорит. "Совершенно другой путь используется в условиях низкого и высокого уровня глюкозы. Стволовая клетка может сказать: «У меня высокий уровень глюкозы, и я собираюсь использовать разные сети протеинкиназ, чтобы доставить ее в клетку».’"
Использование двух разных сетей протеинкиназ, связанных с обновлением и пролиферацией клеток, имеет значение для исследований рака. "Если вы хотите остановить пролиферацию клеток, заблокировав сети протеинкиназ, вам необходимо знать, на какие сети нацеливаться. Мы показали, что сети, связанные с ростом, отличаются от сетей обновления," Дейли говорит.
По словам Дейли, помимо применения в лечении рака, это исследование дает некоторые базовые ответы о том, как работают стволовые клетки, и открывает путь для дальнейших исследований. "Мы подходили к стволовым клеткам эпителия кишечника как к модельной системе, чтобы спросить: «Как можно сделать ткани разного размера и клеточного состава?»? Можете ли вы кормить стволовыми клетками почек или костного мозга и получать разные типы тканей?? Есть чему поучиться, но нужно было начинать с самого начала," она говорит.
Статья, "Глюкоза стимулирует пролиферацию кишечных эпителиальных крипт, модулируя клеточный энергетический метаболизм," опубликовано в Журнале клеточной физиологии.