Молекулярні охоронці родючості Товариство Макса Планка

Харчова стерильність

Дослідницька група Крістіана Екмана з Інституту молекулярно-клітинної біології та генетики імені Макса Планка у Дрездені нещодавно описала генетичну програму для нематод C. elegans, що компенсує коливання якості в раціоні і тим самим захищає репродуктивну здатність тварин [1]. Генетичне дослідження також виявило нову незворотну стерильність, спричинену дієтою, яка впливає лише на репродуктивні клітини. Ця стерильність стає помітною, з одного боку, через руйнування стовбурових клітин зародкової лінії, а з іншого - при дефектах диференціації жіночих репродуктивних клітин (Рис. 1).

Генетичні докази впливу дієти на онтогенез тварин зростають. Цей вплив стосується різних продуктів метаболізму, що виникають у кишечнику. Окрім клітин кишечника, кишкові мікроби також впливають на обмін речовин і здатні виробляти різні продукти обміну речовин, які можуть мати негативний або позитивний вплив на господаря. У поєднанні з дієтою кишкові мікроби можуть впливати на величезну кількість процесів у багатоклітинних клітинах. Однак поки невідомо, як дієта та мікроби впливають на репродуктивну здатність тварин.

Усі дослідницькі лабораторії у всьому світі використовують як єдине джерело їжі для C. elegans конкретний E.. coli-Штам бактерій (OP50). Дивно, але дослідницька група виявила, що саме це E..coli-Штам за відсутності генетичної активності ядерного рецептора nhр-114 Викликає стерильність. Різні штами бактерій, в тому числі чужі Кишкова паличка-Тип, але не викликав стерильність (Рис. 1). У пошуках негативних властивостей бактерії OP50 дослідники виявили, що це, швидше за все, продукт метаболізму, який утворюється у відповідь на культивування у стандартному середовищі. Тому що вирощування «шкідливого Кишкова паличка-Штам бактерій »у середовищі, збагаченому виключно амінокислотою триптофаном, пригнічувало негативний вплив на розмноження нематоди. Дослідження припускає, що активність ядерного рецептора nhр-114-й створена з метою захисту статевих клітин від токсичного впливу через недостатню якість їжі або певних продуктів метаболізму.

Поширюється та живиться в природних умовах C. elegans гнильної їжі, яка сама по собі має різноманітний мікробіологічний склад. Ця мікробіологічна складність призводить до висновку, що нематода спричинена активністю ядерного рецептора nhр-114-й Доступний широкий асортимент їжі, не ризикуючи загрожувати подальшому існуванню населення через одночасний прийом неякісних харчових компонентів.

Рис. 1: Вплив дієти на розвиток тканин зародкової лінії дорослих. Нематоду C. elegans годували різними видами бактерій кишкової палички. Пунктирна лінія позначає одну з двох існуючих тканин статевої лінії. Зародкові клітини розмножуються на закритому кінці (позначено зірочкою). Диференціюючі репродуктивні клітини (сперма та ооцити) знаходяться на своєму відкритому кінці. Залежно від доступності їжі та відсутності функціонуючого ядерного рецептора nhr-114 (-), в зародковій тканині не розвиваються диференційовані яєчні клітини, а у зародкових клітин виникають важкі клітинні дефекти. Зрештою, поділ стовбурових клітин зародкової лінії припиняється, а тканина зародкової лінії у дорослому організмі значно зменшується. Шкала шкали: 50 мкм.

Рис. 1: Вплив дієти на розвиток тканин зародкової лінії дорослих. Нематоду C. elegans годували різними видами бактерій кишкової палички. Пунктирна лінія позначає одну з двох існуючих тканин статевої лінії. На закритому кінці (позначеному зірочкою) зародкові лінії розмножуються. Диференціюючі репродуктивні клітини (сперма та ооцити) знаходяться на своєму відкритому кінці. Залежно від наявності їжі та відсутності функціонуючого ядерного рецептора nhr-114 (-), в зародковій тканині не розвиваються диференційовані яєчні клітини, а на зародковій клітині виникають важкі клітинні дефекти. Зрештою, поділ стовбурових клітин зародкової лінії припиняється, а тканина зародкової лінії у дорослому організмі значно зменшується. Шкала шкали: 50 мкм.

Розвиток і функція зародкової тканини в організмі

Зародкові клітини мають фундаментальне значення для розмноження тварин, оскільки лише вони спеціалізуються на передачі геномної інформації наступному поколінню. У більшості тварин і людини зародкові клітини розвиваються в стадії зародка. На підлітковому етапі вони перетворюються в зародкову тканину шляхом поділу клітин, в якій деякі зародкові клітини перетворюються в репродуктивні клітини в процесі гаметогенезу. Лише на дорослому етапі репродуктивна тканина знаходить рівновагу, і організм готовий до розмноження завдяки виробленню яйцеклітин (ооцитів) і сперми. Генетичні дослідження на модельних організмах показали, що харчовий статус тварини сильно впливає на цей баланс.

З плодовою мухою Drosophila melanogaster z. Б. стовбурові клітини зародкової лінії дуже добре розмножуються при достатньому забезпеченні їжею, тоді як їх розмноження виявляється набагато гіршим, коли запасів їжі менше, а зародкова тканина зменшується в розмірах. У нематоді C. elegans може бути визначений подібний динамічний взаємозв'язок, який контролюється за допомогою нейронних сигнальних шляхів. Спостереження за цими моделями безхребетних організмів співвідносяться з довготривалими дослідженнями на дорослих людях, згідно з якими багата поживними речовинами і різноманітна дієта може збільшити фертильність жінок.

Хоча фізичні дефекти можуть негативно впливати на здоров'я людини, дефекти статевих клітин можуть заважати загальній репродуктивній здатності. Це особливо проблематично, коли уражаються зародкові стовбурові клітини. Тому що, хоча вони є ембріональними, репродуктивні клітини розвиваються лише із зародкових стовбурових клітин у дорослому організмі. Тому тканина зародкової лінії виконує свою біологічну функцію порівняно пізно у житті організму. Однак у цей пізній момент часу весь організм, включаючи зародкові клітини та незрілі статеві клітини, вже зазнав різного впливу навколишнього середовища та дієти. Тому можна припустити, що були створені генетичні програми, які можуть захистити статеві клітини від незворотних пошкоджень від харчових впливів.

Рецептори ядерних гормонів як молекулярні протектори

Еволюція генетичних програм

Організми розвиваються і живуть у найрізноманітніших середовищах. Тварини, які можуть їсти різноманітну їжу, мають перевагу перед популяціями, які можуть переносити їжу лише обмежено. Генетичні програми, що підтримують метаболізм різних продуктів харчування, полегшують заселення нових територій. Збалансоване харчування та оптимально функціонуючі статеві клітини є двома головними факторами, що відповідають за успішне розмноження та виживання наступного покоління. Оскільки плодючість і розмноження тісно пов’язані з наявністю їжі, генетичні реакції повинні розвиватися таким чином, що вони координують баланс між кількістю статевих клітин та багатством і якістю продовольства (Рис.2). І все-таки необхідне краще молекулярне розуміння того, як харчування пов’язане з репродуктивними стовбуровими клітинами. Ця тема особливо важлива на тлі сучасних харчових звичок людини.

Рис.2: Різні умови навколишнього середовища (стрілки) впливають на склад їжі, який в подальшому метаболізується мікробами. Ядерні рецептори кишечника контролюють генетичну програму, яка захищає статеві клітини від негативних метаболітів. Це може збільшити родючість, а популяція тварин може ефективно поширюватися та розмножуватися в найрізноманітніших місцях існування.

Результати дослідження Xicotencatl Gracida та Крістіана Екмана створюють основу для розуміння харчових впливів на розвиток статевих клітин. Результати показують, що стовбурові клітини зародкової лінії надзвичайно чутливі до продуктів метаболізму. Вплив дієти відіграє на рівні клітинної та генетичної цілісності, а також на правильне виконання поділу та диференціації клітин. Ці результати щодо якості їжі на відміну від раніше передбачуваного харчово-фізіологічного впливу кількості їжі на розмноження зародкових клітинних клітин. Крім того, спостереження про те, що метаболізм бактерій, що служать їжею, також впливає на репродуктивну тканину тварин, порушує важливі питання: чи впливають кишкові мікроби людини також на фертильність і подібні генетичні програми захищають зародкові клітини ссавців?