Старіння та дієта впливають на білки в кишечнику - ліки Біермана
Під керівництвом дослідників з Інституту досліджень старіння Лейбніца (FLI) в Єні міжнародна група досліджувала вплив старіння та харчування на кишковий епітелій мишей. Залежно від відділу кишечника вчені змогли продемонструвати специфічний вплив на протеоми та вікові труднощі при адаптації до змін поживних речовин.
Вивчено деякі наслідки старіння та дієти на тонкий кишечник. Відомо, що процес старіння призводить до зменшення поглинання поживних речовин епітелієм і, отже, може сприяти неправильному харчуванню людей похилого віку. Крім того, можна продемонструвати анатомічні відмінності між різними відділами тонкої кишки. Взаємозалежні від старіння ефекти старіння та дієти на всі білки (протеоми), що входять до складу епітелію кишечника, ще не досліджені.
Дослідження міжнародної дослідницької групи з Інституту досліджень старіння Лейбніца - Інститут Фріца Ліпмана (FLI) в Єні та їх колег з Інституту інтегративних досліджень раку Коха з Массачусетського технологічного інституту, Кембридж, США; Зараз цій темі присвячені Genentech Inc., Сан-Франциско, США та Єна, університет Фрідріха Шиллера. Використовуючи найсучасніші аналізи протеомів з використанням мас-спектрометрії, дослідники вивчали вікові та секційні відмінності клітинного складу кишкових склепів, анатомічні западини в кишковому епітелії, в яких розташовані кишкові стовбурові клітини та деякі диференційовані клітини, необхідні для регенерації кишечника. Їх результати дають повну картину просторової будови протеома в тонкому кишечнику миші.
Вплив старіння на епітелій кишечника
Проаналізувавши зміни протеомів у дванадцяти різних відділах тонкої кишки, дослідники змогли охарактеризувати відмінності в кількості білків уздовж органу та виявити регіональні відмінності в клітинному складі кишкових склепів. Результати показують, наприклад, що кількість келихоподібних клітин, тип клітин, який головним чином сприяє формуванню слизової оболонки кишечника, значно збільшується в кінцевій частині тонкої кишки. Відмінності протеомів у кишкових склепах з різних відділів кишечника відповідають відомому анатомічному поділу кишечника на три основні частини дванадцятипалої кишки, порожню кишку та клубову кишку.
На наступному етапі команда дослідила вплив старіння на кишкові склепи з різних відділів та порівняла понад 5000 білків у молодих та старих мишей. Аналізи показали, що білки, на які впливає процес старіння, трапляються з різною частотою залежно від відділу кишечника. Це означає, що процес старіння по-різному впливає на різні анатомічні області слизової оболонки тонкої кишки.
«Наші результати показують чіткий віковий вплив на склад білків і клітин кишкових склепів. Ми виявили серйозні зміни у пов’язаних із запаленням білках та зниження рівня маркерів стовбурових клітин у старих мишей. Це показує, що делікатна структура епітелію порушується в процесі старіння, що призводить до запалення та зниження саморегенерації. Зокрема, розділ клубової кишки демонструє яскраво виражені ознаки старіння », - говорить Надя Геберт, перша авторка дослідження, пояснюючи найважливіші результати, які вона виявила під час докторської дисертації.
Вплив дієти на кишечник молодих та старих мишей
На наступному етапі дослідницька група вивчила, як молоді та старі миші реагують на зміни в раціоні. Вони посадили молодих і старих тварин на дієту на один місяць (добре відоме втручання проти старіння зі зменшеним споживанням їжі без недоїдання) і дали деяким тваринам необмежений доступ до їжі знову після дієти. Як короткочасна дієта, так і дієта з подальшим годуванням показали вплив на сотні білків у молодих тварин, тоді як менша кількість білків зазнала впливу на старих тварин. Це свідчить про зниження здатності старих тварин пристосовуватися до зміни раціону. Особливо старі тварини мали проблеми зі стабілізацією ваги свого тіла: вони продовжували худнути кілька днів після початку зміни дієти, тоді як молодші тварини змогли стабілізувати свою масу тіла через кілька днів. Однак автори виявили, що дієтичного циклу з наступним необмеженим доступом до їжі достатньо для часткового відновлення клітинного складу кишкових склепів старих мишей, що вказує на можливі антивікові ефекти цього заходу.
“Зокрема, перехід між дієтою та нормальним харчуванням, а не лише дієтою, позитивно впливає на слизову оболонку кишечника та веде до часткового омолодження білків у кишкових склепах старих мишей. Це можна трактувати як підґрунтя позитивних наслідків дієти з переривчастим голодуванням. З іншого боку, погана пристосованість кишкового епітелію у старих мишей демонструє різкі наслідки, які можуть бути викликані у людей похилого віку через зміну дієти або медикаментозне лікування », - каже доктор. Алессандро Орі, керівник групи FLI.
Роль стовбурових клітин кишечника
При більш уважному розгляді було показано, що при короткочасній дієті з подальшим нормальним харчуванням стовбурові клітини в кишковому епітелії знову сильніше розвиваються в спеціалізовані келихоподібні клітини (диференціація). Дослідникам вдалося ідентифікувати фермент (Hmgcs2), який реагує на зміни в харчуванні і таким чином впливає на цей процес диференціації стовбурових клітин. Дієта призводить до підвищеної концентрації цього ферменту в стовбурових клітинах тонкої кишки, що тим самим змінює їх диференціаційну поведінку.
Поглянувши ширше на метаболічні зміни, дослідники виявили регіональні відмінності в кількості ферментів, які обмежують інші важливі метаболічні шляхи, такі як метаболізм глюкози. Це свідчить про те, що метаболізм клітин епітелію кишечника та кількість проміжних продуктів, що утворюються, різняться по ходу тонкої кишки, а разом з цим і здоров’я та пристосованість слизової оболонки кишечника.
“Завдяки цьому широкомасштабному дослідженню протеоміки ми змогли створити своєрідний атлас, який показує просторову структуру протеома тонкої кишки у миші. Результати доступні як безкоштовний Інтернет-ресурс і можуть бути використані для подальших досліджень », - говорить Орі. У подальших дослідженнях дослідники зараз шукають медичні варіанти, які можуть відновити здатність кишечника до регенерації в старості і, таким чином, сприяти здоровому життю людей похилого віку.