Jelita należą do najbardziej dynamicznie odnawiających się narządów ludzkiego organizmu. Ich wewnętrzna wyściółka jest wymieniana co kilka dni, co wymaga niezwykle precyzyjnej współpracy komórek macierzystych, układu odpornościowego i licznych sygnałów molekularnych. Dotychczas sądzono, że proces ten wspiera stosunkowo jednorodna grupa komórek mezenchymalnych. Najnowsze badania naukowców z Uniwersytetu Hebrajskiego pokazują jednak, że rzeczywistość jest znacznie bardziej złożona. Odkrycie czterech wyspecjalizowanych populacji komórek podporowych może zmienić sposób rozumienia regeneracji jelit oraz stworzyć podstawy do opracowania nowych metod leczenia chorób zapalnych jelit i uszkodzeń nabłonka. Badanie opublikowano na łamach czasopisma Cellular and Molecular Gastroenterology and Hepatology.
Z tego artykułu dowiesz się…
- Dowiesz się, dlaczego odkrycie czterech wyspecjalizowanych populacji komórek mezenchymalnych Foxl1 zmienia dotychczasowe spojrzenie na funkcjonowanie jelit.
- Zrozumiesz, w jaki sposób komórki podporowe regulują regenerację nabłonka, aktywność komórek macierzystych i odpowiedź immunologiczną.
- Poznasz, jakie technologie wykorzystali naukowcy do stworzenia pierwszego szczegółowego atlasu komórek podporowych jelita.
- Dowiesz się, jakie znaczenie odkrycie może mieć dla przyszłego leczenia chorób zapalnych jelit (IBD) oraz regeneracji uszkodzonych tkanek.
Jelita regenerują się wyjątkowo szybko
Nabłonek jelitowy jest jedną z najszybciej odnawiających się tkanek w organizmie człowieka. Co kilka dni cała jego powierzchnia zostaje zastąpiona nowymi komórkami. Proces rozpoczyna się w niewielkich zagłębieniach błony śluzowej, nazywanych kryptami jelitowymi. To właśnie tam znajdują się komórki macierzyste odpowiedzialne za nieustanną produkcję nowych komórek nabłonka. Następnie przemieszczają się one ku kosmkom jelitowym, gdzie dojrzewają, pełnią swoje funkcje i ostatecznie zostają zastąpione kolejnymi.
Choć mechanizm ten jest znany od lat, naukowcy wciąż nie wiedzieli, w jaki sposób utrzymywana jest tak precyzyjna koordynacja wszystkich procesów zachodzących w jelicie.
Komórki Foxl1 okazały się znacznie bardziej złożone
Badaniem kierowali doktorantka Amal Gharbi oraz dr Michal Shoshkes-Carmel z Uniwersytetu Hebrajskiego. Zespół skupił się na komórkach mezenchymalnych linii Foxl1, które tworzą cienką warstwę bezpośrednio pod nabłonkiem jelitowym. Dotychczas zakładano, że komórki te stanowią jednorodną populację pełniącą przede wszystkim funkcję wspierającą dla komórek macierzystych. Nowe wyniki całkowicie zmieniają ten obraz. Badacze wykazali, że sieć Foxl1 składa się z czterech odrębnych populacji komórek, różniących się lokalizacją, profilem aktywności genów oraz zestawem produkowanych cząsteczek sygnałowych. Jak podkreśla współautorka badania:
Nasze odkrycia pokazują, że te komórki są znacznie bardziej wyspecjalizowane, niż wcześniej sądziliśmy. Każdy podtyp wydaje się wysyłać inny zestaw sygnałów w zależności od swojej lokalizacji, pomagając koordynować aktywność komórek macierzystych, odnowę tkanek, reakcje immunologiczne i ogólną organizację jelita.
Pierwszy szczegółowy atlas komórek podporowych jelita
Aby dokładnie poznać budowę tej sieci komórkowej, naukowcy zastosowali nowoczesne technologie biologii molekularnej. W badaniu wykorzystano między innymi:
- sekwencjonowanie RNA pojedynczych komórek (single-cell RNA sequencing),
- zaawansowane techniki obrazowania,
- analizę ekspresji genów w poszczególnych populacjach komórek.
Dzięki temu udało się stworzyć pierwszy szczegółowy atlas komórek Foxl1 rozmieszczonych na całej długości osi krypta–kosmek. Analizy wykazały, że każda populacja odpowiada za produkcję innego zestawu cząsteczek sygnałowych. Oznacza to, że różne fragmenty jelita tworzą odmienne mikrośrodowiska biologiczne, które wpływają na zachowanie sąsiadujących komórek.
Cztery populacje komórek tworzą skoordynowaną sieć
Odkrycie pokazało, że organizacja jelita przypomina precyzyjnie zaplanowaną sieć współpracujących ze sobą komórek. Jak wyjaśnia główny autor pracy Amal Gharbi:
Zamiast znaleźć jeden typ komórek pomocniczych wykonujących wiele zadań, odkryliśmy całą społeczność wyspecjalizowanych komórek. Każda grupa zajmuje swoje własne sąsiedztwo w jelicie i wydaje się komunikować z pobliskimi komórkami w inny sposób. To jak odkrycie zupełnie nowej warstwy organizacji, która była ukryta na widoku.
Każda z odkrytych populacji odpowiada za inny zakres funkcji biologicznych, dzięki czemu wspólnie utrzymują prawidłową architekturę jelita.
Różne sygnały w kryptach i kosmkach jelitowych
Badacze zaobserwowali wyraźne różnice pomiędzy komórkami położonymi w dolnych i górnych częściach jelita. Komórki znajdujące się wokół krypt jelitowych produkują przede wszystkim sygnały wspierające:
- funkcjonowanie komórek macierzystych,
- ciągłą regenerację nabłonka,
- powstawanie nowych komórek jelitowych.
Z kolei komórki obecne bliżej kosmków odpowiadają za procesy związane z:
- regulacją odpowiedzi immunologicznej,
- utrzymaniem architektury tkanek,
- wykrywaniem składników odżywczych,
- kontrolą procesów metabolicznych,
- komunikacją z naczyniami krwionośnymi.
Odkrycie pokazuje, że regeneracja jelita jest efektem współdziałania wielu wyspecjalizowanych mikrośrodowisk, a nie działania jednej uniwersalnej populacji komórek.
Nowe mechanizmy komunikacji w jelicie
Jednym z najważniejszych rezultatów badania było również odkrycie wcześniej nieznanych szlaków komunikacyjnych pomiędzy nabłonkiem jelitowym, a komórkami podporowymi. Naukowcy wykazali, że komórki mezenchymalne nie pełnią wyłącznie funkcji strukturalnej. Aktywnie przekazują sygnały wpływające na:
- aktywność komórek macierzystych,
- regenerację nabłonka,
- dojrzewanie komórek jelitowych,
- funkcjonowanie układu odpornościowego,
- utrzymanie integralności tkanek.
Lepsze poznanie tych mechanizmów może pomóc zrozumieć, dlaczego w niektórych chorobach proces odnowy jelita zostaje zaburzony.
Odkrycie może mieć znaczenie dla leczenia chorób zapalnych jelit
Autorzy badania podkreślają, że nowe dane mogą znaleźć zastosowanie w medycynie regeneracyjnej oraz gastroenterologii. Lepsze poznanie funkcji poszczególnych populacji komórek Foxl1 może umożliwić opracowanie terapii ukierunkowanych na konkretne mechanizmy odpowiedzialne za odbudowę nabłonka. Może to mieć szczególne znaczenie w leczeniu:
- nieswoistych chorób zapalnych jelit (IBD), w tym choroby Leśniowskiego-Crohna i wrzodziejącego zapalenia jelita grubego,
- uszkodzeń nabłonka jelitowego,
- zaburzeń regeneracji tkanek,
- przewlekłych stanów zapalnych przewodu pokarmowego.
W przyszłości modyfikowanie aktywności konkretnych populacji komórek podporowych mogłoby wspierać proces gojenia oraz ograniczać przewlekły stan zapalny.
Kolejnym krokiem będzie sprawdzenie funkcji każdej populacji komórek
Naukowcy planują teraz przeprowadzenie badań funkcjonalnych, które pozwolą dokładnie określić rolę każdej z czterech odkrytych populacji. W kolejnych etapach projektu wykorzystywane będą:
- ukierunkowane metody genetyczne,
- selektywne wyłączanie poszczególnych populacji komórek,
- obrazowanie żywych komórek w czasie rzeczywistym.
Badacze chcą ustalić, w jaki sposób każda z populacji wpływa na regenerację nabłonka, funkcjonowanie komórek macierzystych, odpowiedź immunologiczną oraz naprawę uszkodzonych tkanek. Wyniki tych prac mogą w przyszłości stać się podstawą opracowania bardziej precyzyjnych terapii dla pacjentów cierpiących na przewlekłe choroby jelit.
Główne wnioski
- Naukowcy z Uniwersytetu Hebrajskiego wykazali, że komórki mezenchymalne linii Foxl1 tworzą nie jedną, lecz cztery odrębne populacje, różniące się lokalizacją i funkcją w jelicie.
- Dzięki wykorzystaniu sekwencjonowania RNA pojedynczych komórek oraz zaawansowanych metod obrazowania powstał pierwszy szczegółowy atlas komórek podporowych rozmieszczonych wzdłuż osi krypta–kosmek.
- Badanie wykazało, że poszczególne populacje komórek odpowiadają za różne procesy – od wspierania komórek macierzystych i regeneracji nabłonka po regulację odporności, metabolizmu oraz architektury tkanek.
- Odkrycie może stworzyć podstawy do opracowania nowych terapii chorób zapalnych jelit (IBD), uszkodzeń jelita oraz innych schorzeń związanych z zaburzoną regeneracją tkanek.
Źródło:
- https://www.cmghjournal.org/article/S2352-345X(26)00127-X/pdf
- Hebrew University of Jerusalem
