Певні метаболіти, пов’язані зі стовбуровими клітинами, функціонують у кишкових молекулах, які називаються
Біологи з Массачусетського технологічного інституту виявили несподіваний ефект кетогенних або багатих жирами дієт: вони показали, що високий рівень кетонових тіл, молекул, що утворюються в результаті розщеплення жиру, які допомагають підтримувати великий пул дорослих стовбурових клітин, мають вирішальне значення. для чого підтримує слизову оболонку кишечника здоровою.
Дослідники також виявили, що стовбурові клітини кишечника виробляють аномально високий рівень кетонових тіл навіть за відсутності дієти з високим вмістом жиру. Ці кетонові тіла активують відомий сигнальний шлях, що називається виїмкою, раніше показаний, щоб допомогти регулювати диференціацію стовбурових клітин.
"Кетонові тіла - це один із перших прикладів того, як метаболіт демонструє долю стовбурових клітин у кишечнику", - говорить Омер Йільмаз, доцент кафедри розвитку заліза та Чанга з біології та член Інституту інтегративних досліджень раку MIT Коха. «Ці кетонові тіла, які, як вважають, відіграють вирішальну роль у підтримці енергії під час харчового стресу, працюють по шляху Нотча для поліпшення роботи стовбурових клітин. Зміни рівня кетонових тіл та різних станів харчування чи дієти дозволяють стовбуровим клітинам адаптуватися до різних ігор ".
В ході дослідження з мишами дослідники виявили, що кетогенна дієта давала кишковим стовбуровим клітинам регенеративний поштовх, що робило їх кращими для відновлення після пошкодження кишкової оболонки, порівняно зі стовбуровими клітинами мишей, які харчуються нормально.
Йільмаз є старшим автором дослідження, яке з’явилося у випуску Cell від 22 серпня. Postdoc MIT Чіа Вей Ченг є провідним автором статті.
Несподівана роль
Дорослі стовбурові клітини, які можна диференціювати на безліч різних типів клітин, знаходяться в тканинах по всьому тілу. Ці стовбурові клітини особливо важливі в кишечнику, оскільки оболонка кишечника замінюється кожні кілька днів. Раніше лабораторія Йільмаз показала, що голодування збільшує функцію стовбурових клітин у вікових мишей, що з високим вмістом жиру може стимулювати швидкий ріст популяцій стовбурових клітин у кишечнику.
У цьому дослідженні вчені хотіли дослідити можливу роль метаболізму у функції кишкових стовбурових клітин. Проаналізувавши дані про експресію генів, Ченг виявив, що декілька ферментів, що беруть участь у виробництві кетонових тіл, містяться в кишкових стовбурових клітинах більше, ніж в інших типах клітин.
Коли споживається дієта з високим вмістом жиру, клітини використовують ці ферменти для розщеплення жиру на кетонові тіла, які організм може використовувати для палива, за відсутності вуглеводів. Однак, оскільки ці ферменти настільки активні в кишкових стовбурових клітинах, ці клітини мають аномально високий рівень кетонів в організмі, навіть коли споживається нормальна дієта.
На їх подив, дослідники виявили, що кетони стимулюють сигнальний шлях Нотча, який, як відомо, має вирішальне значення для регулювання функцій стовбурових клітин, таких як регенерація пошкодженої тканини.
"Кишкові стовбурові клітини можуть генерувати кетонові тіла самостійно, і ви можете підтримувати свою власну стовбуровість, відрегулювавши жорсткий провідний шлях розвитку, який контролює лінію клітин і долю", - говорить Ченг.
На мишах дослідники показали, що кетогенна дієта посилювала цей ефект, і миші на такій дієті могли краще регенерувати нову кишкову тканину. Коли дослідники годували мишей дієтою з високим вмістом цукру, вони побачили зворотний ефект: вироблення кетонів і робота стовбурових клітин зменшились.
Функція стовбурових клітин
Дослідження допомагає відповісти на деякі запитання Yilmaz ‘попередньої роботи, яка показала, що дієти натще та з високим вмістом жиру покращують роботу стовбурових клітин кишечника. Нові дані свідчать про те, що стимуляція кетогенезу будь-яким видом дієти, яка обмежує споживання вуглеводів, сприяє розмноженню стовбурових клітин.
"Кетонові тіла сильно індукуються в кишечнику в періоди голодування і відіграють важливу роль у процесі підтримки та поліпшення активності стовбурових клітин", - говорить Йілмаз. «Коли їжа недоступна, може бути, що кишечнику потрібно підтримувати функцію стовбурових клітин, щоб, коли поживні речовини заповнюються, у вас з’явився пул дуже активних стовбурових клітин, які можуть піти на повторне заселення клітин Кишки ".
Результати свідчать про те, що кетогенна дієта зменшує вироблення кетонового тіла в кишечнику, що може бути корисним для усунення пошкоджень слизової оболонки кишечника, які можуть виникнути у хворих на рак під час променевої або хіміотерапії, говорить Йільмаз.
Зараз дослідники планують дослідити, чи використовують дорослі стовбурові клітини інших типів тканин кетонові тіла для регулювання своєї функції. Ключове питання полягає в тому, чи може активована кетоном активність стовбурових клітин брати участь у розвитку раку, оскільки є дані, що деякі пухлини, що виникають в кишечнику та інших тканинах, виникають із стовбурових клітин.
"Якщо втручання стимулює проліферацію стовбурових клітин популяції клітин, які служать для виявлення походження деяких пухлин, чи може таке втручання потенційно збільшити ризик раку? Це те, що ми хочемо зрозуміти ", - говорить Йільмаз. "Яку роль відіграють ці кетонові тіла на ранніх етапах утворення пухлини і можуть занадто багато рухати цим шляхом, або за допомогою дієти або імітації малих молекул, наслідків розвитку раку?" Ми просто не знаємо відповіді на ці запитання ".