Кишечник меняет клеточную структуру в ответ на диету

Органы тела, такие как кишечник и яичники, претерпевают структурные изменения в ответ на питательные вещества в диете. Эти изменения могут иметь долгосрочные последствия для метаболизма и предрасположенности к раку. К такому выводу пришли Ребекка Обниски, Мэтью Сибер и Аллан Спредлинг из Института Карнеги.

Их работа, опубликованная в Developmental Cell, использовала плодовых мушек (Drosophila) — наиболее чувствительную экспериментальную систему для обнаружения подобных изменений, вызванных диетой, которые, вероятно, схожи у млекопитающих.

В кишечнике плодовых мушек (и млекопитающих) есть три основных типа клеток:

• Стволовые клетки
• Гормон-продуцирующие клетки
• Клетки, обрабатывающие питательные вещества

Стволовые клетки можно рассматривать как «чистые листы», которые в итоге программируются на превращение либо в гормон-продуцирующие, либо в питательные клетки. Авторы обнаружили, что на это программирование могут влиять пищевые питательные вещества, и что молодые животные особенно чувствительны к таким изменениям.

Обниски и её коллеги выяснили, что изменения в потреблении холестерина особенно сильно влияют на клеточное программирование, управляющее производством новых специализированных клеток из стволовых.

Эффект холестерина заключается в том, чтобы стимулировать программирование большего количества новых «чистых» клеток в гормон-продуцирующие клетки, а не в клетки, обрабатывающие питательные вещества. И наоборот, снижение уровня холестерина в диете приводит к увеличению количества клеток, поглощающих питательные вещества, и уменьшению числа гормон-продуцирующих клеток.

Более того, исследователи смогли определить детальный молекулярный механизм, с помощью которого холестерин вызывает эти изменения в судьбах клеток, и показать, что он тесно связан с тем, как клетки человеческого кишечника регулируют производство холестерина.

Значение открытия

Это показывает, что низкая доступность питательных веществ, особенно в раннем возрасте (например, диета с низким содержанием холестерина у мух), запускает изменения в структуре и метаболизме кишечника, имеющие долгосрочные эффекты. Эти изменения сохраняются довольно долго, даже если диета меняется, что может повысить риск проблем с метаболическим здоровьем в будущем.

«Дети, рождённые от матерей с недостаточным питанием, часто страдают от ожирения в дальнейшей жизни, и наши выводы могут объяснить физиологию того, почему это происходит», — пояснила Обниски.

Понимание того, как доступность питательных веществ влияет на функцию кишечника, может помочь исследователям найти способы использования диеты для смягчения старения и болезней у взрослых.

Например, биохимические сигнальные пути, лежащие в основе этого метаболического программирования развития, объясняют, почему диета с высоким содержанием жиров может способствовать образованию определенных типов рака кишечника.

«Кишечник — это орган, наиболее непосредственно ответственный за балансировку долгосрочных и краткосрочных потребностей организма с его питательной средой, — сказал Спредлинг. — Сила плодовой мушки как модельной системы позволяет понять на механистическом уровне один из сложных механизмов, балансирующих эти потребности с диетой, что очень сложно сделать непосредственно в системах млекопитающих или у пациентов-людей».