Исследователи под руководством Са Кан Ю из Центра исследований динамики биосистем RIKEN (BDR) в Японии обнаружили, что естественный оборот клеток кишечника плодовой мушки зависит от того, сколько пищи получают мухи, а не от какого-либо конкретного питательного вещества. Ученые обнаружили, что клетки кишечника заменялись в большем количестве, когда уровень питательных веществ был низким, а внутренности клеток кишечника были жидкими и водянистыми.
Опубликованный в Proceedings of the National Academy of Sciences, этот вывод противоречит традиционным представлениям о биологии питательных веществ, согласно которым восприятие питательных веществ зависит от биологических сигнальных путей, активируемых определенными веществами.
Когда мы потребляем питательные вещества, такие как углеводы или белки, их молекулы в конечном итоге попадают в наши клетки и запускают биологические реакции. Например, клетки поджелудочной железы реагируют на уровень сахара в крови и вырабатывают инсулин. Аминокислоты, содержащиеся в белках, особенно лейцин, стимулируют рост большинства клеток, а их недостаток приводит к гибели клеток в результате самопереваривания. В обоих случаях биологическая передача сигналов зависит от типа питательного вещества.
Клетки, выстилающие кишечник, находятся в непосредственном контакте с питательными веществами и, как известно, часто обновляются. Ю и его команда обнаружили, что быстрая смена таких клеток происходит из-за нового типа клеточной гибели, который они назвали эребозом. Ученые пока не до конца понимают этот процесс, и в новом исследовании команда решила выяснить, как на эребоз влияют питательные вещества.
Сначала ученые получили ожидаемые результаты. Было обнаружено, что при низкоуглеводной диете с высоким содержанием сахара гибель клеток при эребозе усиливается. Изменение концентрации сахара в пище не дало никакого эффекта, а вот снижение концентрации аминокислот на 90 % привело к эребозу. Именно здесь результаты стали странными и неожиданными. Команда предполагала, что клетки распознают аминокислоты обычным образом. Но когда они заблокировали эти биологические пути, эребоз не прекратился.
Исследователи протестировали каждую аминокислоту в той концентрации, которая содержится в рационе с высоким содержанием аминокислот и подавляет эребоз. Ни в одном случае аминокислота не подавляла эребоз. Но когда они значительно увеличили концентрацию, эребоз подавлялся во всех случаях. Это означало, что эффект не связан с какой-то конкретной аминокислотой.
Тогда исследователи попытались изучить отдельные компоненты, которые являются общими для всех аминокислот. Но эребоз подавлялся даже при блокировке метаболизма аминокислот. Команда пришла к выводу, что метаболизм может и не требоваться.
«Неожиданные результаты разочаровали нас. Изначально мы думали, что аминокислоты влияют на определенные биохимические процессы или что в этом участвуют их побочные продукты, такие как аммиак, ураты и мочевая кислота, — объясняет Ю. — Однако, что бы мы ни меняли, результаты были одинаковыми. Проект застопорился на год».
Если дело было не в конкретной аминокислоте или метаболите, то в чем же? Прорыв произошел, когда ученые обратили внимание на количество питательных веществ. В частности, исследователи предположили, что, когда клетки насыщены аминокислотами, жидкость внутри них становится густой и вязкой.
«Наши мучения закончились, когда мы использовали неметаболизируемый аналог аминокислоты, который, как ни странно, повлиял на эребоз, — говорит Ю. — Исходя из этого, мы пришли к выводу, что аминокислоты влияют на биофизические свойства цитоплазмы. После этого все пошло как по маслу».
Исследователи нашли две биохимически разные молекулы, которые могут проникать в клетки дрозофилы и делать цитоплазму вязкой, но при этом метаболически неактивны. Введение этих молекул мушкам дало тот же результат.
«На основании этих открытий мы вводим понятие “вязкостного насыщения”, при котором клетки кишечника определяют степень насыщения или голода на основе вязкости цитоплазмы и соответствующим образом корректируют свое состояние», — заключил Ю. В настоящее время Ю изучает, происходит ли эребоз в клетках кишечника мышей и людей.
[Фото: RIKEN / Sa Kan Yoo]
