במחקר שפורסם לאחרונה ב התקדמות המדעחוקרים השתמשו בגישה כלל-איבר לניתוח כמותי של מספר תאים, גודל וויסות זהות לאחר הסתגלות רקמה הנגרמת על ידי תזונה של תסיסנית תסיסנית.
רקע כללי
המעי הבוגר הוא איבר אזורי המשנה את גודלו והרכבו בהתאם לזמינות המזון, בקרה על התפשטות תאי גזע (ISC) והתמיינות. צריכת חומרי הזנה משפיעה על הפיזיולוגיה של בעלי חיים בוגרים על ידי שינוי הרכב תאי האיברים באמצעות הפעלת תאי גזע סומטיים. תזונה משפיעה באופן משמעותי על נפח וצורת המעי הדק, ומאפשרת התאמה של פונקציות איתות, ספיגה ומטבוליות לדרישות הפיזיולוגיות של בעלי החיים. למעי תסיסנית יש ארבעה סוגי תאים ייחודיים שכולם שונים מ-ISC. גודל המעי הביניים משתנה מאוד בהתאם לתזונה.
לגבי המחקר
במחקר הנוכחי, החוקרים בחנו את ההשפעה של איתות מזון על החלטות גורל התא במעי הבוגר, במיוחד התפשטות והתמיינות של תאי גזע במעיים (ISC).
המחקר השתמש בזבובים שנשמרו בטמפרטורה של 25 מעלות צלזיוס על מדיום המכיל חומרים מזינים שונים, תוך שימוש בתזונה ההולידית כתזונה הניסיונית. הם ניתחו את רקמות המעיים, שהיו מקובעות, נשטפות, חסומות ומוכתמות נוגדנים. הם ביצעו דיסקציה במעיים ופירוק תאי נוגדנים פלואורסצנטיים (FACS), מיון תאי גידול 1 (G1) ו-G2 לתוך חיץ בידוד של חומצה ריבונוקלאית (RNA) בשלוש דגימות כפולות של 80 עד 100 מעיים כל אחת. הם חילצו והגבירו RNA, יצרו ורצפו ספריות, וצילמו מעיים ביניים מוכתמים באמצעות מיקרוסקופים קונפוקאליים.
החוקרים השתמשו באנליזה ליניארית של Midgut (LAM) כדי להעריך את ויסות הצמיחה של תאי גזע במעיים (ISCs) בזבובים. הם העריכו את שטח החתך המרבי של הגרעין במעיים האמצעיים של זבובים מורעבים ומואכלים והשתמשו בסמן ISC Delta-LacZ כדי לחקור את ויסות הגודל הנגרמת על ידי האכלה. הם גם בחנו את המעורבות של מסלול האיתות mTORC1, מווסת גודל תא מוכר, על ידי מדידת רמות p4EBP באזורים R1, R2, R4 ו-R5. הם הפחיתו את פעילות mTORC1 באמצעות פגיעה ב-Raptor RNAi והעריכו את השטח הגרעיני ב-ISCs.
החוקרים חקרו את התפקוד והבקרה של פעילות mTORC1 בתאי גורם גדילה מתמר (TGF). הם השתמשו ב-Delta-Gal4 כדי לבטא את הכתב של אינדיקטור מחזור התא (FUCCI) המבוסס על Ubiquitination פלואורסצנטי, שאיפשר להם לחקור את זרחון 4EBP בשלבי גדילה שונים. הם גם הצביעו על ביטוי גנים בשלבי התפתחות ברורים, תוך השערה שגודל התא יהיה קשור להתמיינות ISC.
הצוות גם חקר את הקשר בין פעילות איתות mTORC1 של תאי גזע במעיים לבין ביטוי דלתא על ידי הערכת עוצמת Delta-LacZ אזורית בחולדות שצומות ומואכלות. הם גם חקרו אם mTORC1 מעכב באופן פעיל התמיינות תאי EE. הם השוו את המעיים של זבובים המוזנים בדיאטה קשישים לאלה שהיו נתונים לצום לסירוגין לכל החיים.
תוצאות
בזבובים, אפנון ספציפי לאזור של גודל תאים, מספר ובידול מאפיינים הסתגלות תזונתית של המעי. מטרת היונקים של קומפלקס rapamycin 1 (mTORC1) מגרה את תאי הגזע של המעי (ISCs) לגדול, לשפר את ביטוי הדלתא ולנווט את גורל התא לשושלת האנטרובלאסט הספיגה. בזבובים מבוגרים יותר, איתות ISC mTORC1 אינו מווסת ואינו רגיש למזון, אשר ניתן להפחיתו על ידי צום לסירוגין לכל החיים. אותות המושרים על ידי חומרים מזינים מווסתים התפתחות אנטרוציטים (EC) ובידול ISC באופן שונה בין אזורים.
המחקר מצא שוני אזורי בהתפתחות הסתגלותית של המעי האמצעי, כאשר השינוי ממצבים מהירים למדינות מזונות מגביר את התפשטות ISC וצמיחת EC, מה שמאפשר התאמה דינמית של גודל מעי בינוני בוגר. ההבנה הנוכחית של בקרת צמיחת אמצע המעי מבססת כימות מקומיות של מיקומים ספציפיים, ללא תובנה גלובלית כלל איברים. האכלה גורמת לשינויים ייחודיים בתאי בת ISC, תאי אנטרואנדוקריניים (EE) ונוירובלסטים (EBs), כאשר הפעלת mTORC1 ספציפית לאזור קובעת את צמיחת ISC. ההתפלגות הגיאוגרפית של צמיחת ISC מתיישרת עם הצטברות EB במהלך האכלה.
הממצאים חשפו שהפעלת ISC mTORC1 קשורה לזוגות תאים ISC-EB מסוג א-סימטריים שמתרבים במהירות במהלך ההתמיינות לגורל ה-EC. ISCs יכולים גם להתפתח לתאי EE דיפלואידים זעירים הנשלטים על ידי איתות Notch. ISCs גדולים מתואמים עם בידול EB. איתות ISC mTORC1 מגביר את ביטוי דלתא, שהוא ספציפי לאזור ותלוי בתזונה. ISCs גדולים עם פעילות mTORC1 איתנה מבטאים כמויות גדולות של דלתא המכוונות בידול לגורל EB באופן ספציפי לאזור.
איתות mTORC1 גבוה משפיע על גורל תאי EE. דפיקת דורסים בשיבוטי Notch LOF חיסלה את אשכולות Prospero− p4EBP+, והפכה אותם להומוגניים עבור תאי Prospero+. צום לסירוגין מגן מפני הפחתות הנגרמות על ידי הזדקנות בהסתגלות התזונתית של המעי, מה שמרמז שהשליטה התלויה בתזונה של איתות mTORC1 אובדת ב-ISCs ישנים אך נשמרת בזבובים בצום לסירוגין.
סיכום
בסך הכל, ממצאי המחקר הראו כי איתות mTORC1 הוא קריטי לגורלם של תאי גזע במעיים (ISCs) בתגובה לתזונה. הוא מציג דפוסים שונים מבחינה אזורית של התפתחות אנטרוציטים, ספירת תאים והפצות מסוג תאים במהלך המעבר מצום למצבי מזון. חיות מוזנות מפעילות מסלולי חישת חומרי הזנה של mTORC1 ב-ISCs או ECs באופן אזורי. תאי גזע מעיים גדולים עם פעילות חזקה של mTORC1 מציגים את הדלתא של ליגנד Notch בכמויות גבוהות, מה שמקדם התמיינות לשושלת הספיגה.
