Настройка гормон-продуцирующих клеток в кишечнике

Исследователи из группы Ханса Клеверса в Институте Хубрехта (KNAW) в Нидерландах и их коллабораторы пролили новый свет на происхождение и функцию гормон-продуцирующих клеток в кишечнике, открыв новые пути для настройки выработки кишечных гормонов для лечения заболеваний человека. Их результаты были недавно опубликованы в Nature Cell Biology и Cell.

Чувство голода возникает, когда тысячи рассеянных по желудку и кишечнику энтероэндокринных клеток, чувствительных к питательным веществам, выбрасывают в кровоток миллионы крошечных везикул, заполненных гормоном голода грелином. Эти гормоны служат основным методом коммуникации кишечника с другими частями пищеварительного тракта или органами, такими как поджелудочная железа и мозг.

В ответ на определённые стимулы разные энтероэндокринные клетки производят разные гормоны, которые вызывают чувство голода или сытости, координируют движение мышц кишечника, стимулируют восстановление защитного клеточного слоя или способствуют повышенной выработке инсулина поджелудочной железой. Последнее особенно интересно для пациентов с диабетом II типа, которые самостоятельно не могут вырабатывать достаточное количество инсулина для стабилизации уровня глюкозы. Одно из самых успешных методов лечения диабета основано на кишечном гормоне GLP1, с помощью которого такие пациенты могут контролировать уровень глюкозы в крови без инъекций инсулина.

Менее 1% клеток слизистой оболочки кишечника составляют энтероэндокринные клетки. Этот 1% снова делится на множество подтипов, производящих разные гормоны, что делает конкретный тип этих клеток трудным для изучения.

Чтобы исследовать эти редкие клетки, учёные объединили секвенирование единичных клеток (single-cell sequencing) с методом определения возраста каждой клетки. Это позволило им изучать развитие энтероэндокринных клеток.

Настройка системы

Энтероэндокринные клетки непрерывно производятся в кишечнике и живут несколько недель. Исследователи с удивлением обнаружили, что многие из этих клеток меняют выработку гормонов по мере старения. Эта способность клетки переключать производство гормонов и, следовательно, функцию, представляет большой интерес для терапии. Как только исследователи поймут сигналы, которые этим управляют, они смогут стимулировать кишечник к увеличению выработки специфических гормонов для лечения диабета, ожирения или воспалительных заболеваний кишечника. Учёные уже показали, что манипуляция одним из этих сигналов может изменять уровень гормонов, включая GLP1, у мышей.

Секвенирование единичных клеток — относительно новая технология, названная журналом Science «Прорывом года 2018». Используя её, исследователи могут считывать активность генов с разрешением на уровне отдельных клеток. Это говорит им о том, какая генетическая программа была активна в клетке и, следовательно, какова её идентичность.

Раньше учёные могли считывать активность генов в ткани, но эти данные всегда получали из тысяч клеток, объединённых вместе. Теперь, с секвенированием единичных клеток, они могут считывать активность генов каждой отдельной клетки.

Поскольку эта техника широко применима в исследованиях, многие учёные теперь используют её для анализа интересующего их органа или заболевания с разрешением на уровне одной клетки. Однако выполнение такого секвенирования и интерпретация результатов требуют высокоспециализированного лабораторного оборудования и алгоритмов анализа данных. Для решения этой проблемы в Институте Хубрехта была создана стартап-компания Single Cell Discoveries, которая выполняет секвенирование единичных клеток в качестве услуги для исследователей и клинических учреждений по всему миру.