Заживление по часам: регенерация кишечных стволовых клеток у мух зависит от времени суток
Циркадные ритмы управляют всеми живыми организмами — от раскрытия цветов у растений до борьбы с джетлагом у людей. Эти древние биологические механизмы устроены схожим образом, поэтому внутренние часы человека и мухи, по сути, одинаковы.
Циркадные часы регулируют суточные ритмы через гены, которые синхронизируют молекулярные пути, влияющие на производство белков. Например, еще до пробуждения наш метаболизм, управляемый часами, активирует ферменты и транспортеры, готовя тело к приему и перевариванию пищи.
Один из транскрипционных факторов (белков, регулирующих активность генов) циркадных часов называется period. Ученые из Гарвардской медицинской школы не ожидали обнаружить period в кишечнике мухи. Исследуя, как кишечник восстанавливает клетки после повреждения, они провели скрининг транскрипционных факторов, активных при репарации повреждений. Оказалось, что необходим ген period.
Дальнейшие эксперименты показали, что этот компонент циркадных часов критически важен для регенерации кишечника. Это означает, что у мух заживление кишечника колеблется в зависимости от времени суток. Результаты опубликованы 11 апреля в Cell Reports.
«Мы показали, что существует ритм в стволовых клетках, который очень важен для процесса регенерации», — сказал Филипп Карпович.
Механизм открытия
Чтобы понять, как циркадные часы работают в кишечных стволовых клетках, ученые вывели мутантных мух, лишенных гена period. Мухи были нормальными, за исключением аритмичных всплесков активности в течение 24 часов. Их кишечник также выглядел нормально, пока они не проглотили химическое вещество, вызывающее воспаление.
По сравнению с другими мухами, мутанты демонстрировали более слабую реакцию на восстановление поврежденных клеток. Их стволовые клетки делились плохо и более хаотично, что ухудшало процесс заживления.
В других экспериментах ученые проверили, активен ли period в энтероцитах — клетках, окружающих кишечные стволовые клетки и поглощающих питательные вещества. Нарушение работы period в энтероцитах также ослабляло реакцию клеток на повреждение. Ученые показали, что этот ритм зарождается в самом кишечнике, а не в мозге, который обычно контролирует циркадные ритмы.
Геномный масштаб
Ученые расширили исследование, изучив все гены, которые включались или выключались в течение дня. Проведя полногеномные исследования экспрессии, они обнаружили 430 генов (около 3% генома мухи), которые ритмически экспрессируются в кишечнике мух.
«Мы считаем, что эти клетки могут быть более остро чувствительны к повреждениям в определенное время суток», — отметил Карпович.
Следующим шагом будет подтверждение этих результатов, полученных на мухах, в экспериментах на мышах. Ученые уже задумываются о потенциальном применении к здоровью человека, включая время проведения химиотерапии, чтобы пациент лучше переносил побочные эффекты лечения.
«Это может быть весьма актуально с точки зрения того, когда следует планировать прием таких препаратов, чтобы он работал синхронно с процессом регенерации кишечника», — заключил Карпович.