Старение и диета приводят к изменениям протеома кишечного эпителия
                Старение оказывает специфическое для региона воздействие на протеом кишечного эпителия и приводит к возрастным нарушениям адаптации к доступности питательных веществ. (Источник: FLI/Алессандро Ори и Надя Геберт. Создано с помощью BioRender.com)

Тонкая кишка является одним из наиболее важных интерфейсов между окружающей средой и нашим телом. Он отвечает за усвоение питательных веществ, но также создает барьер против потенциально вредных факторов окружающей среды. Исследовательская группа во главе с исследователями из Института старения им. Лейбница — Института Фрица Липмана (FLI) в Йене, Германия, исследовала влияние старения и питания на кишечный эпителий молодых и старых мышей. Они смогли показать специфическое для региона влияние на протеом и возрастные нарушения адаптации к доступности питательных веществ. Их результаты дают полную картину пространственной организации протеома тонкой кишки у мышей. Результаты были опубликованы в журнале Cell Reports.
                                                                                       

Тонкая кишка (СИ) является одним из наиболее важных интерфейсов между окружающей средой и нашим телом. Он выполняет две основные функции: он отвечает за поглощение питательных веществ из пищи, которую мы едим, и служит барьером для ограничения проникновения вредных веществ. СИ является высокоадаптивным и динамичным органом, так как он адаптируется к изменениям в потреблении питательных веществ или рационе питания. Эпителий кишечника подвергается процессу постоянного обновления каждые 3-5 дней.

Влияние старения и питания на тонкую кишку уже исследовано. Известно, что старение приводит к снижению всасывания питательных веществ эпителием, способствуя тем самым недоеданию у пожилых людей. Кроме того, анатомические различия между различными областями SI хорошо известны, но до настоящего времени специфические для региона эффекты старения и диеты для набора белков, составляющих кишечный эпителий, не исследовались.

Исследование международной исследовательской группы Института старения им. Лейбница — Института Фрица Липмана (FLI) в Йене, Германия, и их коллег из Института интеграционных исследований рака <Коха в МТИ, Кембридж, США. ; Genentech Inc., Сан-Франциско, США и Университет им. Фридриха Шиллера, Йена, Германия, в настоящее время сосредоточены на этой теме. Используя современную протеомику на основе масс-спектрометрии, исследовательская группа исследовала возрастные и региональные различия клеточного состава кишечных крипт, анатомических структур под абсорбционным эпителием, где находятся кишечные стволовые клетки (ISC) и дифференцированные клетки. типы расположены. Их результаты дают полную картину пространственной организации протеома SI у мышей.

Региональные эффекты старения кишечного эпителия

Анализируя изменения протеома в 12 различных частях SI, исследователи смогли охарактеризовать пространственное изменение содержания белка вдоль SI и выявить региональные различия в клеточном составе кишечных крипт. Результаты показывают, например, что количество бокаловидных клеток, типа клеток, которые в основном секретируют слизь, значительно увеличивается в подвздошной части SI. Различия в протеоме крипты SI согласуются с известным анатомическим делением на три основные части двенадцатиперстной кишки, тощей кишки и подвздошной кишки.

На следующем этапе команда исследовала влияние старения на кишечные крипты, выделенные из всей системы SI, сравнив более 5000 белков у молодых и старых мышей. Дальнейший анализ показал, что белки, затронутые старением, показывают специфическое для региона изобилие. Это означает, что старение по-разному влияет на разные анатомические области кишечного эпителия.

«Наши результаты показывают явное влияние старения на набор белков и клеточный состав кишечных крипт. Мы обнаружили некоторые существенные изменения белков, связанных с воспалением, и снижение уровня маркеров стволовых клеток. Это показывает, что деликатная структура эпителий нарушается во время старения, что приводит к воспалению и снижению саморегуляции. Особенно область подвздошной кишки демонстрирует более выраженный фенотип старения при уменьшении количества бокаловых клеток на крипту «, — говорит Надя Геберт, первый автор исследования, о Основные результаты ее кандидатской диссертации Тезис.

Влияние рациона на кишечник старых и молодых мышей.

На следующем этапе исследовательская группа изучила, как молодые и старые мыши реагируют на изменения в рационе. Они помещали молодых и старых животных в рацион питания (хорошо известное антивозрастное вмешательство, основанное на снижении потребления пищи без недоедания) в течение одного месяца и обновляли подмножество животных после диеты. Эта кратковременная диета, а также диета с последующим кормлением повлияли на изобилие сотен белков у молодых животных, в то время как у старых животных этот ответ был притуплен с меньшим количеством затронутых белков, что указывает на сниженную способность старых животных адаптироваться к внезапным изменениям рациона. , Соответственно, у старых животных были проблемы с стабилизацией массы тела: они продолжали терять вес даже через несколько дней после смены рациона, тогда как более молодые животные смогли быстро стабилизировать массу тела через несколько дней. Несмотря на это, авторы обнаружили, что цикл диеты с последующим повторным кормлением был достаточным для частичного восстановления клеточного состава кишечных крипт у старых мышей, что предполагает потенциальный омолаживающий эффект этого диетического вмешательства.

«В частности, чередование между ограниченным питанием и состоянием с пищей, а не только диетическое ограничение, способствует положительному восстановлению состава эпителия и частичному омоложению протеома склепа у старых мышей. Это можно интерпретировать как поддержку положительных эффектов вмешательств, основанных на прерывистом голодании. С другой стороны, сниженная адаптивная реакция старого кишечного эпителия демонстрирует сильное влияние на то, как пожилые люди подвержены влиянию диетических изменений или медикаментозного лечения «, — говорит доктор Алессандро Ори, руководитель группы в FLI. .

Кетоновые тела регулируют решения по линии стволовых клеток

Внимательно изучив процессы, влияющие на ISC при кратковременном ограничении диеты с последующим повторным кормлением, исследователи показывают, что эпителий частично восстанавливается из-за увеличения дифференцировки стволовых клеток в направлении секреторной линии. Они определили ограничивающий скорость фермент для кетогенеза, Hmgcs2, как модулятор дифференцировки стволовых клеток, который реагирует на диетические изменения. Диета приводит к повышению уровня этого фермента в ISC и сопутствующему снижению всех маркеров дифференцировки, за исключением маркеров энтероцитов.

«Мы демонстрируем, что активность Hmgcs2 регулирует регенерацию и дифференцировку ISC in vitro, а сниженная активность этого фермента способствует экспрессии секреторных маркеров как in vitro, так и in vivo. Наши данные показывают, что сниженная активность Hmgcs2 модулирует дифференциация ISCs к секреторной линии «, объясняет Геберт.

При более широком рассмотрении метаболических изменений исследователи обнаружили региональные различия в количестве ферментов, ограничивающих скорость, для других ключевых метаболических путей, например глюконеогенеза. Это говорит о том, что метаболизм кишечных эпителиальных клеток и уровень метаболитов варьируют по всей СИ. Эти различия могут способствовать поддержанию эпителиального состава и адаптации СИ к изменениям рациона.

«Благодаря этому широкому исследованию протеомики мы можем предоставить атлас пространственной организации протеома тонкой кишки у мышей, который можно использовать для дальнейших исследований и доступен в качестве бесплатного онлайн-ресурса», — говорит Ори. Исследователи будут основывать будущие исследования на поиске медицинских вмешательств, способных восстановить регенеративные способности старого кишечника, способствуя здоровой продолжительности жизни у пожилых людей.




Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *