Стволовые клетки мух на диете: как стволовые клетки реагируют на доступность питательных веществ
Исследователи из Института биологических исследований Солка обнаружили, что стволовые клетки могут чувствовать снижение доступности питательных веществ и реагировать на это, сохраняя лишь небольшой пул активных клеток для поддержания ткани. Если благоприятные условия возвращаются, количество стволовых клеток увеличивается, чтобы удовлетворить возросшие потребности ткани.
Выяснение механизмов, с помощью которых гормональная сигнализация влияет на поведение стволовых клеток в норме и в условиях стресса, важно для понимания их работы в регенеративной медицине, при заживлении ран и у людей с метаболическим стрессом. Результаты опубликованы в онлайн-выпуске журнала Current Biology от 4 ноября 2010 года.
"Ткани, поддерживаемые стволовыми клетками, реагируют на неблагоприятные условия среды, сокращая общее количество стволовых клеток и их активность, но сохраняют их в таком состоянии, чтобы они могли быстро и эффективно отреагировать, когда питательные условия станут более благоприятными", — говорит ведущий автор исследования Линн Джонс.
Во взрослом организме стволовые клетки сохраняют замечательную способность работать в "стационарном состоянии", поддерживая и восстанавливая ткани.
"Молекулярные механизмы, координирующие гомеостаз ткани с изменениями метаболизма, изучены лишь частично, — отмечает Джонс. — В частности, очень мало было известно о влиянии хронических изменений в доступности питательных веществ на взрослые стволовые клетки и поддерживаемые ими ткани".
В экосистеме стволовых клеток Drosophila в семеннике, которую изучает команда, стволовые клетки находятся на его вершине, в нише (апикальном хабе). При делении одна дочерняя клетка покидает нишу, чтобы дать начало зрелым сперматозоидам, а другая остаётся на месте, сохраняя идентичность стволовой клетки.
Учёные исследовали, как стволовые клетки реагируют на изменения метаболического состояния организма и как этот процесс может регулироваться инсулиновой сигнализацией. Путь инсулина/IGF, известный как "сенсор питательных веществ", играет важную роль в старении многих организмов, включая плодовых мух.
Когда мух кормили "бедной", безбелковой диетой:
- Уровень циркулирующих инсулиноподобных пептидов резко падал.
- Семенники голодавших мух становились тоньше.
- Количество стволовых клеток начинало снижаться.
После возобновления кормления экспрессия инсулиноподобных пептидов и количество стволовых клеток быстро восстанавливались.
"Мы обнаружили, что у голодающих мух меньше стволовых клеток, и они делятся медленнее, — говорит соавтор работы Лей Ван. — Однако даже после длительного голодания оставался небольшой пул активных стволовых клеток".
Поскольку только зародышевые стволовые клетки способны передавать генетическую информацию следующему поколению, учёные предположили, что эволюция могла выработать особые стратегии для их защиты от временных изменений среды. Однако аналогичный ответ на белковое голодание и последующее кормление продемонстрировали и стволовые клетки кишечника (средней кишки). Это говорит о том, что координация поддержания стволовых клеток в ответ на изменения среды представляет собой консервативную стратегию, используемую в разных тканях.
Исследователи полагают, что связь между инсулиновой сигнализацией и ответом стволовых клеток важна не только при дефиците питательных веществ, но и в других ситуациях с изменённым метаболизмом, например, при диабете.
"Дальнейшее изучение взаимосвязи между доступностью питательных веществ и поведением стволовых клеток может также дать ключи к пониманию того, почему у людей с перееданием или недоеданием повышена склонность к развитию метаболических заболеваний или рака, при котором клетки не могут правильно дифференцироваться", — добавляет Ван.
Возникает интригующий вопрос: можно ли считать резкое изменение пищевых привычек пациента элементом лечения?