سلول های روده در طول زندگی خود تغییر عملکرد می دهند

سلول های روده می توانند تخصص خود را در طول زندگی تغییر دهند. به نظر می رسد مسیر سیگنالینگ BMP – یک مکانیسم ارتباطی مهم بین سلول ها – محرک این تغییرات باشد. این همان چیزی است که دانشمندان گروه هانس کلورز (موسسه هوبرشت) و ی گوانگ چن (دانشگاه تشینگهوا، پکن) پس از تحقیق با ارگانوئیدها و موش ها به این نتیجه رسیده اند. این مطالعه در منتشر خواهد شد گزارش های سلولی در 1 مارس 2022 و بینش جدیدی در مورد اهداف بالقوه برای درمان بیماری های متابولیک ارائه می دهد.

دیواره روده از انواع مختلفی از سلول ها تشکیل شده است. به عنوان مثال برخی مسئول جذب مواد مغذی هستند، در حالی که برخی دیگر هورمون تولید می کنند. مدت‌ها تصور می‌شد که سلول‌های روده پس از تشکیل، در یک عملکرد تخصص دارند که به طور مداوم تا زمان مرگ انجام می‌دهند. با این حال، مطالعات اخیر نشان می دهد که این سلول ها می توانند تخصص ها را تغییر دهند. محققان گروه‌های Hans Clevers و Ye-Guang Chen (دانشگاه Tsinghua، پکن) اکنون دریافتند که این تغییرات توسط مسیر سیگنالینگ BMP هدایت می‌شوند.

محرک تغییر

مسیر سیگنالینگ BMP یکی از بسیاری از مسیرهای سیگنال دهی در بدن است. چنین مسیرهایی خطوط ارتباطی بین سلول ها را تشکیل می دهند: با تولید پروتئین توسط یک سلول، سیگنالی به سلول بعدی می دهد که به نوبه خود پروتئین تولید می کند. در نهایت، کل این آبشار تولید پروتئین باعث ایجاد فرآیندهای خاصی می شود – برای مثال فرآیندهایی که در طول رشد جنینی مهم هستند. Joep Beumer، یکی از محققان این پروژه، توضیح می دهد: “ما می دانستیم که سیگنالینگ BMP نقش مهمی در تخصصی سازی اولیه سلول های روده ایفا می کند. چیزی که اکنون کشف کردیم این است که همچنین محرک تغییرات در تخصص های این سلول ها است. سلول ها در طول عمر خود

مهاجرت

سلول های روده از سلول های بنیادی که در فرورفتگی ها (یعنی دخمه ها) دیواره روده قرار دارند، به وجود می آیند. این سلول های روده سپس به سمت پرزهای روده مهاجرت می کنند. در طول مهاجرت آنها عملکرد خاصی را انجام می دهند، به عنوان مثال جذب مواد مغذی یا تولید هورمون ها. هنگامی که به بالای پرزها می رسند، می میرند. بومر می گوید: “عملکرد سلول های روده در طول مهاجرت آنها در امتداد پرزها تغییر می کند. آنها برای مثال در قسمت های پایینی پرزها (در ابتدا) اجزای ضد میکروبی تولید می کنند، در حالی که بعدا در سفر خود در جذب چربی ها نقش دارند.” این تغییر تدریجی در عملکرد سلول ها پهنه بندی نامیده می شود. “در عین حال، مسیر سیگنالینگ BMP در کریپت ها و در قسمت های پایین پرزها خیلی فعال نیست، در حالی که در بالای پرزها بیشتر و بیشتر فعال می شود.

ارگانوئیدهای انسانی

دانشمندان آزمایشگاه Clevers از ارگانوئیدهای روده ای برای تحقیقات خود استفاده کردند. اینها ساختارهای سه بعدی کوچکی هستند که می توانند در آزمایشگاه رشد کنند و عملکرد روده را تقلید کنند. در این روده‌های مینیاتوری، محققان توانستند شرایط سیگنال‌دهی کم یا زیاد BMP را شبیه به محیط در حال تغییر در امتداد پرزهای روده تقلید کنند. آنها با استفاده از “توالی یابی RNA تک سلولی”، تکنیکی که تشخیص اینکه کدام ژن فعال هستند و کدام ژن فعال نیستند، به کشف شگفت انگیزی دست یافتند. Jens Puschhof توضیح می دهد: “زمانی که BMP در ارگانوئیدها فعال بود، سلول های موجود در این روده های کوچک با سلول های واقع در بالای پرزها یکسان بودند، در حالی که غیرفعال شدن BMP باعث شد سلول های موجود در ارگانوئیدها شبیه سلول های واقع در قسمت های پایین تر شوند. به عبارت دیگر، پهنه بندی به مسیر سیگنالینگ BMP وابسته است.

مدل موش

نتایج یافت شده در ارگانوئیدها باید در موجودات زنده تأیید می شد. همکاران گروه Ye-Guang Chen از یک مدل ماوس استفاده کردند که در آن سیگنال BMP می تواند در روده خاموش شود. در موش‌هایی که مسیر سیگنالینگ BMP غیرفعال در روده دارند، سلول‌های روده دیگر تخصص خود را در طول مهاجرت از کریپت‌ها به پرزها تغییر نمی‌دهند. بومر می‌گوید: «این نتیجه‌گیری ما را تأیید کرد: سیگنال‌دهی BMP عامل پهنه‌بندی سلول‌های روده است.

مفاهیم روش شناختی

این مطالعه که قرار است در گزارش های سلولی، پیامدهای مهمی برای استفاده از ارگانوئیدها برای تحقیقات دارد. Fjodor Yousef Yengej می گوید: «به طور معمول، محققان سیگنال دهی BMP را در ارگانوئیدها مهار می کنند. اگرچه ثابت شد که این برای رشد مفید است، اما همه عملکردهای روده در این فرهنگ ها نشان داده نمی شوند. فعال کردن سیگنالینگ BMP ممکن است برای تحقیق در مورد موضوعات خاصی مانند جذب چربی مورد نیاز باشد.

درمان بیماری های متابولیک

این مطالعه علاوه بر ارائه این بینش های اساسی جدید در مورد عملکرد سلول های روده در طول زندگی آنها، ممکن است در نهایت به توسعه درمان های جدید برای بیماری های متابولیک کمک کند. “در برخی بیماری های متابولیک، تجمع چربی در بخش هایی از بدن مانند کبد یا عدم تعادل در هورمون های روده وجود دارد. اکنون می دانیم که سیگنال دهی فعال BMP جذب چربی را تحریک می کند، بنابراین اگر بتوانیم سیگنال دهی را در این بیماران مهار کنیم، ما همچنین می‌توانیم بر جذب چربی تأثیر بگذاریم.» مهارکننده‌های BMP که روده را هدف قرار می‌دهند هنوز ساخته نشده‌اند، اما اثرات مفید گسترده‌ای بر متابولیسم خواهند داشت.