Jelita pod presją: skąd komórki jelit wiedzą, że wymagają naprawy
Większość ludzi uważa, że na jelita wpływa to, co jemy, albo żyjące w nich mikroorganizmy. Jednak każdego dnia nasze jelita są również rozciągane, zwężane i uciskane, gdy transportują zawartość układu pokarmowego. Według Ditte Skovaa Andersen, profesor nadzwyczajnej na Uniwersytecie w Kopenhadze(odnośnik otworzy się w nowym oknie), te siły fizyczne mogą odgrywać równie ważną rolę w utrzymywaniu zdrowia jelit, co sygnały chemiczne. „Jelita podlegają ciągłemu rozciąganiu, zwężaniu i naciskowi podczas trawienia i przemieszczania pokarmu przez układ pokarmowy” – wyjaśnia. „Te siły mechaniczne pomagają komórkom jelitowym regulować wzrost, regenerację i wchłanianie składników odżywczych”. W ramach projektu MECHANOGUT, korzystającego ze wsparcia programu działania „Maria Skłodowska-Curie”, Andersen badała, w jaki sposób komórki macierzyste jelita wyczuwają te siły i reagują na nie. Jej badania skupiały się na mechanosensacji – zdolności komórek do wykrywania zmian w otoczeniu fizycznym i reagowania na nie.
Fabryka, która sama się odbudowuje
Jelita nieustannie się odnawiają. Stare komórki są złuszczane i zastępowane nowymi, wytwarzanymi przez komórki macierzyste jelita. Zrozumienie, skąd te komórki macierzyste wiedzą, kiedy mają się dzielić i jaki rodzaj komórek mają wytworzyć, stanowi kluczowe zagadnienie w biologii regeneracyjnej. „Często opisuję jelita jako fabrykę, która sama się odbudowuje” – mówi Andersen. „Komórki macierzyste nieustannie wytwarzają nowe komórki, które zastępują stare, a my badamy, w jaki sposób siły fizyczne powstające w wyniku utraty starych lub uszkodzonych komórek pomagają kierować tym procesem”. Aby zbadać te mechanizmy, Andersen wykorzystała muszkę owocową Drosophila – doskonały organizm modelowy, który wykazuje wiele podobieństw do ludzi w zakresie podstawowych procesów biologicznych. „Układ pokarmowy muszki pozwala nam obserwować te procesy w żywym organizmie z taką precyzją, jaką trudno osiągnąć w przypadku ssaków” – wyjaśnia.
Jak komórki macierzyste wykrywają uszkodzenia
Jednym z kluczowych odkryć w ramach tego projektu jest to, że komórki macierzyste wydają się być w stanie wykrywać utratę lub uszkodzenie sąsiednich komórek. Naukowcy odkryli, że receptor mechanoczuły znany jako Cirl/Latrophilin(odnośnik otworzy się w nowym oknie) wykazuje znaczną aktywność po uszkodzeniu błony śluzowej jelita. Wyniki tych badań wskazują, że jest to droga, którą komórki macierzyste wykorzystują do wykrywania zmian w otoczeniu i koordynowania procesu naprawy tkanek. „Stawiamy hipotezę, że komórki macierzyste wykorzystują ten szlak do wykrywania utraty dojrzałych komórek sąsiednich i koordynowania swojego różnicowania w celu zastąpienia utraconych komórek” – dodaje Andersen. Proces ten ma szczególne znaczenie dla utrzymania bariery jelitowej – warstwy ochronnej, która przepuszcza składniki odżywcze do organizmu, a jednocześnie zatrzymuje szkodliwe bakterie i toksyny. Gdy bariera ta ulega osłabieniu, może dojść do stanu zapalnego, co przyczynia się do zaburzeń trawienia i innych problemów zdrowotnych.
Wiedza wykraczająca poza jelita
Wyniki tych badań mogą w przyszłości pomóc naukowcom w lepszym zrozumieniu takich schorzeń, jak choroby zapalne jelit oraz pogarszanie się z wiekiem zdolności regeneracji tkanek. „Sygnały mechaniczne okazują się kluczowymi czynnikami wywołującymi schorzenia układu pokarmowego, takie jak choroby zapalne jelit i nowotwory jelita grubego” – zauważa Andersen. W szerszym ujęciu wyniki te podkreślają coraz powszechniejsze w biologii przekonanie – że komórki reagują nie tylko na substancje chemiczne, ale także na siły fizyczne. Zrozumienie, w jaki sposób organizm interpretuje te sygnały mechaniczne, mogłoby zatem mieć konsekwencje wykraczające daleko poza układ pokarmowy. Ustalenie przez projekt MECHANOGUT, w jaki sposób komórki macierzyste łączą informacje fizyczne z sygnałami biologicznymi, pomaga naukowcom zrozumieć nie tylko, w jaki sposób regenerują się jelita, ale także, w jaki sposób złożone tkanki żywe zachowują swoją strukturę przez całe życie.
