Голод повышает регенеративную способность стволовых клеток

Когда люди стареют, их стволовые клетки теряют способность к регенерации. Стволовые клетки являются источником всех новых кишечных клеток; их снижение может затруднить восстановление организма после желудочно-кишечных инфекций или других болезненных состояний.

По данным нового исследования биологов MIT, возрастную потерю функции стволовых клеток можно отменить: голодание резко улучшает способность стволовых клеток восстанавливаться как у пожилых, так и у молодых.
У голодных клетки начинают разрушать жирные кислоты вместо глюкозы. Это приводит к тому, что стволовые клетки становятся более активными, могут стимулировать регенерацию молекулой, которая активирует метаболический переключатель. Исследователи говорят, что такое вмешательство потенциально помогает пожилым людям справляться с инфекций и болезнью.

«Голодание имеет множество эффектов. В кишечнике происходит повышенная регенерация. Потенциальное можно использовать голод от любого типа недугов, поражающих кишечник, таких как инфекции или раковые заболевания» — говорит Омер Йилмаз, доцент биологии MIT, член Института комплексных исследований рака им. Коха и один из старших авторов исследования. «Голодание улучшает общее состояние здоровья. В регенерации кишечника, в восстановлении и в обратимости процесса старения — значительна роль взрослых стволовых клеток. Это является фундаментальным интересом моей лаборатории».

Дэвид Сабатини, профессор биологии Массачусетского технологического института и член Института биомедицинских исследований Уайтхеда, также является руководителем исследования:
«Это исследование показало, что голод работает как метаболический переключатель в кишечных стволовых клетках, от сжигания углеводов до сжигания жира. Интересно, что переключение на окисление жирных кислот значительно повышает функциональность клеток. Фармакологическое нацеливание на этот путь может обеспечить терапевтическую возможность улучшить тканевой гомеостаз в возрастных патологиях».

На протяжении многих десятилетий учёные знали, что потребление пищи низкой калорийности связано с повышенным долголетием у людей и других организмов. Йилмаз и его коллеги заинтересованы изучать, как голодание сказывается на молекулярном уровне.

Кишечные стволовые клетки отвечают за поддержание обновления кишечника, который обычно обновляется каждые 5 дней. Когда возникает травма или инфекция, стволовые клетки становятся ключевыми инструментами в восстановлении любого повреждения. По мере того, как люди стареют, регенеративные способности их стволовых клеток снижаются, поэтому для восстановления кишечника требуется больше времени.

Кишечные стволовые клетки являются рабочими лошадками кишечника. Они приводят к появлению большего количества стволовых клеток по всем различным дифференцированным клеточным типам кишечника. Примечательно, что во время старения активность кишечной стволовой функции снижается, что ухудшает способность кишечника восстанавливаться после повреждения. «В этой линии исследования мы сосредоточились на понимании того, как быстро, за 24-часовый период, усилить функцию молодых и старых кишечных стволовых клеток».

Исследователи обнаружили, что стволовые клетки у голодных удваивают свою регенеративную способность.
«Стало очевидным, что голодание оказывает огромное влияние на способность образовывать органоиды, которые управляются стволовыми клетками», — говорит Мария Михайлова. «Как у молодых, так и у старых, мы действительно поняли молекулярные механизмы управления».

Дальнейшие исследования, в том числе секвенирование мессианной РНК стволовых клеток у голодающих, показали, что голодание побуждает клетки переключаться с их обычного метаболизма, который сжигает углеводы (сахара), до метаболизма жирных кислот. Этот переключатель происходит посредством активации транскрипционных факторов PPAR, которые включают многие гены, в том числе те, которые участвуют в метаболизме жирных кислот.

Исследователи обнаружили, что если бы они отключили этот путь, то голод не смог бы больше ускорять регенерацию. Теперь они планируют изучить, как этот метаболический переключатель увеличивает регенеративные способности стволовых клеток.

Они также обнаружили, что могут воспроизводить полезные эффекты голодания, обращаясь с молекулой, которая имитирует эффекты PPAR. «Это было очень удивительно, что достаточно просто активировать один метаболический путь, чтобы отменить определённые возрастные фенотипы» — говорит Чиа-Вэй Чэн.
Полученные данные свидетельствуют о том, что лечение наркотиками способствует стимулированию регенерации, не требуя от пациентов голодания, что трудно для большинства людей. Одна из групп такого лечения, это пациенты с раком, получающие химиотерапию, которая часто вредит клеткам кишечника. Это может также помочь пожилым людям, которые испытывают кишечные инфекции или другие желудочно-кишечные расстройства.

Исследователи планируют изучить потенциальную эффективность таких методов лечения, а также надеются выяснить, влияет ли голод на регенеративные способности стволовых клеток в других типах тканей.
________________________________________

Материалы предоставлены Массачусетским технологическим институтом