Питательные вещества запускают клеточное репрограммирование в кишечнике плодовых мушек

Исследователи обнаружили интригующее явление клеточного репрограммирования в зрелых взрослых органах, проливая свет на новый механизм адаптивного роста. Исследование, проведённое на плодовых мушках (Drosophila), углубляет понимание дедифференцировки — процесса, когда специализированные клетки с определёнными функциями превращаются в менее специализированные, недифференцированные клетки, подобные стволовым. Исследование опубликовано в журнале Developmental Cell.

До сих пор дедифференцировка в основном связывалась с тяжёлыми повреждениями или стрессовыми условиями, наблюдаемыми при регенерации тканей и заболеваниях, таких как опухолеобразование. Однако учёные обнаружили ранее неизвестный аспект: энтероэндокринные клетки (EEs) в эпителии кишечника подвергаются дедифференцировке в кишечные стволовые клетки (ISCs) в ответ на изменения в питании, например, при восстановлении после голодания.

«С помощью тщательного эксперимента мы идентифицировали подмножество энтероэндокринных клеток в средней кишке взрослых Drosophila, которые демонстрируют дедифференцировку в ISCs при колебаниях уровня питательных веществ», — заявляет Хироки Нагай, первый автор исследования.

Используя in vivo трассировку линии EEs и секвенирование РНК единичных клеток, исследователи определили субпопуляцию EEs, подвергающуюся дедифференцировке, и разработали генетическую систему для селективного удаления ISCs, полученных в результате дедифференцировки (процесс, известный как абляция).

Эксперименты с абляцией показали, что дедифференцировка жизненно важна для увеличения популяции ISCs и последующего роста кишечника после приёма пищи. В отличие от предыдущих исследований на мышах, где для индукции дедифференцировки требовалась массовая абляция стволовых клеток, в данном случае стволовые клетки не терялись, а увеличивались в ответ на пищевой стимул. Это ключевое различие демонстрирует, что дедифференцировка не ограничивается регенеративными контекстами, но вносит значительный вклад в ремоделирование органов при адаптации к окружающей среде.

Кроме того, команда раскрыла молекулярный механизм, управляющий питательной дедифференцировкой: дефицит пищевой глюкозы и аминокислот активирует сигнальный путь JAK-STAT в EEs, облегчая превращение EEs в ISCs во время восстановления после голодания. В сочетании с выводами других исследований это предполагает, что питательная дедифференцировка может быть эволюционно консервативным механизмом у разных видов.

Юичиро Накадзима, соответствующий автор статьи, заявляет, что это может привести к возможности контролировать искусственное клеточное репрограммирование in vivo. «Если мы выясним конкретные питательные вещества и детальную сигнализацию, которые индуцируют дедифференцировку, мы сможем контролировать пластичность клеточной судьбы с помощью нутритивного вмешательства и/или фармакологического лечения».

В перспективе исследователи надеются сосредоточиться на изучении пластичности клеточной судьбы в физиологических условиях, выходящих за рамки питания, таких как репродукция, температура, свет и физическая активность. Это может раскрыть новые механизмы, лежащие в основе адаптации к окружающей среде.