DE Starnutie a strava ovplyvňujú bielkoviny v čreve; Starostlivý profesionál
Tenké črevo je jedným z najdôležitejších rozhraní medzi prostredím a našim telom. Je zodpovedný za príjem živín a vytvára bariéru pred potenciálne škodlivými vplyvmi prostredia. Pod vedením vedcov z Leibnizovho inštitútu pre výskum starnutia (FLI) v Jene medzinárodný tím skúmal vplyv starnutia a výživy na črevný epitel myší. V závislosti od úseku čreva dokázali preukázať špecifické účinky na proteóm a ťažkosti súvisiace s vekom pri prispôsobovaní sa zmenám živín. Štúdia poskytuje obraz priestorovej štruktúry proteómu tenkého čreva u myši a bola publikovaná v časopise Cell Reports.
Jena. Tenké črevo, najdlhšia časť tráviaceho traktu, predstavuje jedno z najdôležitejších rozhraní medzi prostredím a našim telom. Má dve hlavné funkcie: na jednej strane je zodpovedné za vstrebávanie živín z potravy, ktorú konzumujeme, a na druhej strane funguje ako bariéra obmedzujúca vstup znečisťujúcich látok do tela. Orgán je veľmi prispôsobivý a dynamicky reaguje na zmeny výživných látok alebo na diétu s nízkym obsahom kalórií (diéta). Bunková vrstva, ktorá tvorí povrch tenkého čreva, takzvaný črevný epitel, je predmetom procesu neustálej obnovy, ktorý trvá asi 3 - 5 dní.
Boli študované niektoré účinky starnutia a stravovania na tenké črevo. Je známe, že proces starnutia vedie k zníženej absorpcii výživných látok epitelom, a tým môže prispievať k podvýžive starších ľudí. Okrem toho bolo možné preukázať anatomické rozdiely medzi rôznymi časťami tenkého čreva. Účinky starnutia a výživy závislé od konkrétneho rezu na všetky proteíny (proteóm), ktoré sú súčasťou intestinálneho epitelu, ešte neboli skúmané.
Štúdia medzinárodného výskumného tímu z Leibnizovho inštitútu pre výskum starnutia - Fritz Lipmann Institute (FLI) v Jene a ich kolegov z Kochovho inštitútu pre integrovaný výskum rakoviny na MIT, Cambridge, USA; Tejto téme sa teraz venuje spoločnosť Genentech Inc., San Francisco, USA a Univerzita Friedricha Schillera v Jene. Pomocou najmodernejších proteomových analýz pomocou hmotnostnej spektrometrie vedci skúmali vekovo a segmentovo závislé rozdiely v bunkovom zložení črevných krýpt, anatomických depresiách v črevnom epiteli, v ktorých sa nachádzajú črevné kmeňové bunky a niektoré diferencované bunky, ktoré sú nevyhnutné pre regeneráciu čreva. Ich výsledky poskytujú kompletný obraz o priestorovej štruktúre proteómu v tenkom čreve myši.
Vplyv starnutia na črevný epitel
Analýzou zmien v proteóme v 12 rôznych častiach tenkého čreva boli vedci schopní charakterizovať rozdiely v nadbytku bielkovín pozdĺž orgánu a identifikovať regionálne rozdiely v bunkovom zložení črevných krýpt. Výsledky napríklad ukazujú, že počet pohárikových buniek, bunkový typ, ktorý prispieva hlavne k tvorbe črevnej sliznice, je v koncovej časti tenkého čreva významne zvýšený. Rozdiely proteómu v črevných kryptách z rôznych črevných častí zodpovedajú známemu anatomickému rozdeleniu čreva na tri hlavné časti dvanástnika, prázdne črevo a ileum.
V ďalšom kroku tím skúmal účinky starnutia na črevné krypty z rôznych častí a porovnával viac ako 5 000 proteínov od mladých a starých myší. Analýzy preukázali, že bielkoviny, ktoré sú ovplyvnené procesom starnutia, sa vyskytujú s rôznou frekvenciou v závislosti od sekcie čreva. To znamená, že proces starnutia má rôzne účinky na rôzne anatomické oblasti výstelky tenkého čreva.
„Naše výsledky ukazujú jasný vekový vplyv na zloženie bielkovín a buniek črevných krýpt. Zistili sme vážne zmeny v proteínoch súvisiacich so zápalom a znížené hladiny markerov kmeňových buniek u starých myší. To ukazuje, že jemná štruktúra epitelu je počas procesu starnutia narušená, čo vedie k zápalu a zníženiu samoregenerácie. Najmä sekcia ileum vykazuje výrazné príznaky starnutia, “vysvetľuje Nadja Gebert, prvá autorka štúdie, najdôležitejšie výsledky, ktoré zistila počas svojej dizertačnej práce.
Vplyv stravy na črevo mladých a starých myší
V ďalšom kroku výskumný tím skúmal, ako reagujú mladé a staré myši na zmeny v stravovaní. Dávali mladým aj starým zvieratám diétu na jeden mesiac (známy zásah proti starnutiu so zníženým príjmom potravy bez podvýživy) a umožnili niektorým zvieratám po diéte opäť neobmedzený prístup k potrave. Krátkodobá strava aj strava s následným kŕmením preukázali účinky na stovky bielkovín u mladých zvierat, zatiaľ čo menej bielkovín bolo ovplyvnených u starých zvierat. To naznačuje zníženú schopnosť starých zvierat prispôsobiť sa zmene stravy. Najmä staré zvieratá mali problémy so stabilizáciou svojej telesnej hmotnosti: chudnutie pokračovalo niekoľko dní po začiatku zmeny stravovania, zatiaľ čo mladšie zvieratá boli schopné stabilizovať svoju telesnú hmotnosť po niekoľkých dňoch. Autori však zistili, že diétny cyklus nasledovaný neobmedzeným prístupom k potrave je dostatočný na čiastočné obnovenie bunkového zloženia črevných krýpt starých myší, čo naznačuje možné účinky tohto opatrenia proti starnutiu.
„Najmä zmena medzi stravou a normálnou výživou, nielen iba stravou, má pozitívny vplyv na črevnú sliznicu a vedie k čiastočnému omladeniu bielkovín v črevných kryptách starých myší. To by sa dalo interpretovať ako podpora pozitívnych účinkov prerušovanej diéty nalačno. Na druhej strane zlá adaptabilita črevného epitelu starých myší ukazuje na drastické účinky, ktoré môžu byť u starších ľudí vyvolané zmenami stravovania alebo liečbou liekmi, “hovorí Dr. Alessandro Ori, vedúci skupiny vo FLI.
Úloha črevných kmeňových buniek
Pri bližšom skúmaní sa ukázalo, že pri krátkodobej strave s následnou normálnou výživou sa kmeňové bunky v črevnom epiteli opäť silnejšie rozvinú do špecializovaných pohárikových buniek (diferenciácia). Vedcom sa podarilo identifikovať enzým (Hmgcs2), ktorý reaguje na zmeny stravovania a ovplyvňuje tak tento proces diferenciácie kmeňových buniek. Diéta vedie k zvýšenej koncentrácii tohto enzýmu v kmeňových bunkách v tenkom čreve, čím sa mení ich diferenciačné správanie.
Pri širšom pohľade na metabolické zmeny vedci zistili regionálne rozdiely v počte enzýmov, ktoré obmedzujú ďalšie dôležité metabolické cesty, napríklad metabolizmus glukózy. To naznačuje, že metabolizmus črevných epiteliálnych buniek a množstvo medziproduktov, ktoré sa vytvárajú, sa líšia pozdĺž tenkého čreva a spolu s ním aj zdravie a adaptabilita črevnej sliznice.
"S touto rozsiahlou proteomickou štúdiou sme boli schopní vytvoriť akýsi atlas, ktorý ukazuje priestorovú štruktúru proteómu tenkého čreva u myši." Výsledky sú k dispozícii ako bezplatný online zdroj a môžu byť použité pre ďalšie štúdie, “hovorí Ori. V ďalších štúdiách vedci teraz hľadajú lekárske možnosti, ktoré môžu obnoviť schopnosť čreva regenerovať sa v starobe a prispieť tak k zdravému životu starších ľudí.