Как стволовые клетки становятся различными вкусовыми рецепторами
Ученые из Центра химических ощущений Монелла (Monell Chemical Senses Center), Филадельфия, США, провели исследование, которое раскрывает механизм обновления вкусовых рецепторов с помощью стволовых клеток. Результаты работы, опубликованной 21 июня 2017 года в Scientific Reports, могут быть использованы для лечения нарушений вкуса и даже с целью тонкой настройки вкусового восприятия для стимулирования здорового питания.
Уникальной способностью вкусовых рецепторов является их способность обновляться каждые 10-14 дней. Новое исследование американских учёных позволяет понять, как стволовые клетки (СК) формируют зрелые вкусовые рецепторные клетки, которые могут ощущать горькое, сладкое, солёное, кислое и умами (вкус глутамата натрия, или, в более общем виде, вкус аминокислот).
«У нас всё ещё остаётся множество вопросов о том, как работают вкусовые ощущения. Некоторые из недавно обнаруженных генов могут помочь нам лучше понять, как именно вкусовые клетки определяют конкретный вкус», — говорит молекулярный нейробиолог из Центра Монелла доктор Пейхуа Цзян (Peihua Jiang), ведущий автор исследования.
«Кто знает, возможно когда-нибудь мы сможем использовать эти знания для уменьшения количества рецепторов горечи у людей с повышенной чувствительностью к горькому, чтобы помочь им наслаждаться здоровой пищей – овощами с горьким вкусом».
Рецепторы вкуса (вкусовые клетки с микроворсинками) расположены в кластерах – вкусовых почках, которые, в свою очередь, находятся в сосочках, имеющих вид бугорков на поверхности языка. Два различных типа специализированных вкусовых клеток содержат хеморецепторы и внутриклеточные молекулярные механизмы восприятия вкуса. Принято считать, что третий тип клеток выполняет поддерживающую функцию.
В 2013 году Цзян смог идентифицировать стволовые клетки (клетки-предшественницы), которые дают начало данным трём типам вкусовых рецепторных клеток. В дальнейших экспериментах он смог создать клеточную культуру из найденных СК и стимулировать их дифференцировку в различные типы зрелых вкусовых клеток, сформировав в чашке Петри «вкусовые органоиды».
В настоящей работе Цзян с коллегами изучали вкусовые органоиды на разных стадиях развития, определяя, какие гены включаются на каждом этапе формирования вкусовых клеток. Используя мощную методику секвенирования РНК (RNA-Seq), группа учёных определила практически полный набор генов, в том числе ранее не идентифицированных, которые определяют развитие вкусовых клеток.
Исследования также показали, что во время дифференциации стволовых клеток данные гены влияют на то, какой именно вкус будет в конечном счёте воспринимать рецептор: соленый, сладкий, кислый, горький или умами.
Другие проведённые эксперименты выявили молекулярные сигналы, направляющие вкусовые стволовые клетки по тому или иному пути развития. Используя фармакологические подходы, исследователи идентифицировали так называемые сигнальные белки в СК, которые управляют их делением и дифференцировкой в определённые типы клеток.
Данные эксперименты продемонстрировали важную роль нескольких сигнальных путей, в том числе тех, чья роль в формировании вкусовых ощущений была неизвестна до настоящего времени.
«Лучше понимая то, как наши вкусовые клетки обнаруживают и передают информацию о химических составляющих пищи, мы можем определить, как люди определяют сложно описываемые вкусовые свойства, например, жира или кальция, или даже идентифицируют совершенно новые вкусы», — говорит молекулярный нейробиолог доктор Роберт Маргольский (Robert Margolskee), соавтор статьи.
Доктор Цзян отмечает, что результаты исследования могут применяться в лечении пациентов, которые утратили вкусовые ощущения в результате лучевой терапии рака головы и горла.
«Понимание того, как вкусовые клетки развиваются, может помочь нам разработать новые стратегии для помощи пациентам с вкусовыми расстройствами», — сказал он.
В дальнейшей исследовательской работе учёные хотят идентифицировать функции обнаруженных ими генов вкуса. Также планируется изучение механизмов молекулярной сигнализации, которая определяет дифференцировку стволовых клеток и определяет функцию рецепторов вкуса.
