Równowaga komórkowa jest niezbędna do prawidłowego funkcjonowania jelit, ale jak ją osiągnąć?
Jelita pełnią ważną funkcję w trawieniu składników odżywczych oraz chronią organizm przed patogenami poprzez ciągłe usuwanie uszkodzonych komórek i zastępowanie ich nowymi. „Jelito jest jedną z tkanek naszego organizmu, w której zachodzi największa rotacja komórek. Liczby przyprawiają o zawrót głowy: około miliarda komórek dziennie jest usuwanych ze światła jelita, a ich miejsce powstają nowe komórki”, wyjaśnia Daniel Krueger, badacz w Instytucie im. Hubrechta(odnośnik otworzy się w nowym oknie) biologii rozwojowej i badań nad komórkami macierzystymi w Królewskiej Holenderskiej Akademii Sztuki i Nauki w Utrechcie. „Proces ten wymaga jednak stanu równowagi”, mówi Krueger. „Przy zbyt dużym usuwaniu komórek tkanka jelitowa kurczy się. Dzieje się tak w przypadku chorób takich jak nieswoiste zapalenia jelit, choroba Leśniowskiego-Crohna i do pewnego stopnia celiakia, których objawem jest brak możliwości prawidłowego trawienia pokarmu i wchłaniania składników odżywczych”. „Z drugiej strony, jeśli wszystkie komórki nie zostaną wydalone lub jeśli zostaną wydalone w niewłaściwym kierunku, może to prowadzić do przerostu tkanki, co sprzyja powstaniu nowotworów”, dodaje.
Badanie wykorzystujące technologię organoidów
Dzięki wsparciu programu działań „Maria Skłodowska-Curie”(odnośnik otworzy się w nowym oknie) w projekcie MCExtrusion wykorzystano technologię organoidów(odnośnik otworzy się w nowym oknie) – miniaturowych organów, które można hodować w laboratorium i które odwzorowują system in vivo – do zbadania, w jaki sposób regulowany jest proces usuwania komórek. „Dzięki zbadaniu genów w usuwanych komórkach za pomocą analizy transkryptomicznej uzyskaliśmy wskazówki pozwalające odkryć szlaki kontrolujące usuwanie komórek”, mówi Krueger. Opracowano nowy system testowy w celu ilościowej analizy tego procesu. Następnie wprowadzano różne substancje lecznicze w celu zbadania konkretnej odpowiedzi. „Odkryłem, że istnieje pewna równowaga tych antagonistycznych szlaków, a zmiana tej równowagi może wyjaśniać niektóre objawy obserwowane w chorobach przewodu pokarmowego”, tłumaczy Krueger.
Żywe komórki są również usuwane
Zdaniem uczonego zaskoczeniem było odkrycie dotyczące tego, że większość komórek opuszczających nabłonek (warstwę tkanki) nie jest martwa. Wcześniej uważano, że komórki umierają i są usuwane właśnie dlatego, że są uszkodzone. „Wyniki naszych badań wskazują, że może to być mechanizm obronny naszego organizmu, polegający na usuwaniu komórek w jakiejś uporządkowanej, zrównoważonej formie, zanim zostaną one zaatakowane przez patogeny”, mówi. „Komórki jelitowe muszą radzić sobie w bardzo niesprzyjającym środowisku, a jednocześnie zachować ekstremalną aktywność metaboliczną, dlatego akumulują wiele uszkodzeń, lecz zanim te uszkodzenia staną się zbyt liczne, komórki są usuwane. Jest to ważny proces, ponieważ słabe, uszkodzone komórki mogłyby zagrażać integralności jelita i narazić je na działanie szkodliwych bakterii”.
Właściwości biofizyczne związane z usuwaniem komórek
W projekcie przyjrzano się także mechanice procesu usuwania komórek i ustalono, że komórki jelitowe fizycznie napierają na siebie, co również kontroluje usuwanie. „Dzięki znakowaniu fluorescencyjnemu przy użyciu technologii edycji genów CRISPR możemy zobaczyć mały molekularny silnik przyciągający komórki do siebie. Pełni on rolę zarówno czujnika, jak i wykonawcy procesu usuwania komórek”, wyjaśnia Krueger. Następnie przy użyciu techniki ablacji laserowej części białka komórkowego, które trzymają komórki razem, zostały pocięte na kawałki za pomocą silnie skoncentrowanej wiązki lasera. „Odkryliśmy, że to lokalne osłabienie powoduje usuwanie komórek”, mówi. Optogenetyka(odnośnik otworzy się w nowym oknie), łącząca techniki manipulowania światłem i inżynierii genetycznej, pozwala wzbudzać molekularną aktywność motoryczną. Krueger odkrył, że komórki zaczynają się przyciągać, gdy skupi się na nich wiązkę światła. „Możemy to wykorzystać do manipulowania siłami fizycznymi wywieranymi przez komórki”, zaznacza Krueger, dodając, że zrozumienie roli sił fizycznych w zachowaniu struktury jelita może pomóc w opracowaniu konkretnych metod ochrony lub wzmocnienia komórek jelitowych. Jego zdaniem następnym krokiem powinno być powtórzenie tych wyników in vivo w badaniach na jelitach myszy.