Выявление основных механизмов самообновления и дифференцировки стволовых клеток кишечника обещает новые подходы к лечению заболеваний
Учёные из Мюнхенского центра им. Гельмгольца, Германия, смогли подробно описать пути дифференцировки стволовых клеток кишечника. Понимание этого процесса поможет создать специфические методы лечения эндокринной дисфункции на ранней стадии, а также может быть многообещающим регенеративным подходом к терапии диабета.
Кишечник — пищеварительная и крупнейшая эндокринная система организма играет центральную роль в регуляции энергии и гомеостаза глюкозы. Главные его функции выполняют специализированные клетки, которые постоянно генерируются и обновляются каждые 3-4 дня из кишечных стволовых клеток.
Например, так называемые энтероэндокринные клетки производят более 20 различных типов гормонов, которые посылают сигналы мозгу и поджелудочной железе для регуляции, например, аппетита, приема пищи, опорожнения желудка и секреции инсулина бета-клетками поджелудочной железы.
Еще одна важная функция кишечника осуществляется так называемыми клетками Панета, которые вырабатывают дефензины и защищают от заражения патогенами. Следовательно, неудивительно, что дисфункция кишечника связана с множеством заболеваний, таких как хроническое воспаление, колоректальный рак и диабет, от которых страдают миллионы людей во всем мире.
Устранение эндокринной дисфункции на ранней стадии путем стимулирования образования специфических энтероэндокринных клеток из стволовых клеток кишечника может быть многообещающим регенеративным подходом для терапии диабета.
Для этого, однако, важно детальное понимание иерархии клонов кишечных стволовых клеток и сигналов, регулирующих образование различных типов клеток кишечника. Доктор Хейко Ликерт (Heiko Lickert) и его исследовательская группа в своей новой работе стремились решить эту задачу. Выводы команды были опубликованы в журнале Nature Cell Biology.
Учёные говорят, что главной целью их исследования является лучшее понимание того, как стволовые клетки кишечника постоянно обновляются и дают начало специализированным типам клеток. Для этого был использован метод транскриптомики одиночных клеток, анализирующий экспрессию генов в индивидуальных клетках.
«Теперь мы можем описать популяции потенциальных предков для каждой клетки кишечника, и мы показали, что для каждой линии кишечные стволовые клетки создают унипотентных предшественников», — отметила первый автор работы доктор Аника Бёттчер (Anika Böttcher). «Кроме того, мы идентифицировали специфический сигнальный путь ниши кишечных стволовых клеток (так называемый путь планарной клеточной полярности — Wnt/PCP) регулирующий самообновление кишечных стволовых клеток и выбор пути их дифференцировки».
«Это очень важно, поскольку мы знаем, что стволовые клетки кишечника могут бесконечно обновлять и поддерживать функцию кишечника и тканевой барьер. Это 6 метров эпителия и более 100 миллионов клеток, генерируемых ежедневно в организме человека. Более того, эти клетки дифференцируются в каждый отдельный тип клеток. Таким образом, довольно высок риск того, что сбой в данном процессе самообновления или спецификации клонов может привести к хроническому заболеванию».
В ходе эксперимента исследователи совместили метод мечения клеток кишечника различных репортерных линий мышей с анализом экспрессии генов как всего генома, так и одиночных клеток для выяснения происхождения кишечных стволовых клеток.
Совместно с доктором Фабианом Тайсом (Fabian Theis) и его командой компьютерных биологов из Мюнхенского центра им. Гельмгольца и Мюнхенского технического университета они определили профили 60 000 клеток кишечника, используя недавно разработанные методы машинного обучения для автоматического определения ответвлений линий клонов и ключевых факторов, влияющих на экспрессию генов.
«Это исследование бросает вызов существующим парадигмам, и мы расширили наше понимание самообновления кишечных стволовых клеток, их гетерогенности и специализации клонов», — говорит доктор Ликерт.
«Мы можем использовать эти базовые знания, чтобы составить карту того, что происходит с распределением функций и дифференцировкой клонов кишечных стволовых клеток во время хронического заболевания. Понимание этого поможет нам разработать специфические методы лечения этих заболеваний путем нацеливания на предшественников клонов, например, для регенерации образования специфических клеток, которые гибнут во время прогрессирования заболевания. В частности, в нашем институте мы сосредоточим наши усилия на исследовании диабета».
