Генетический переключатель, включенный во время голодания, помогает остановить воспаление

Генетический переключатель, включенный во время голодания, помогает остановить воспаление

Исследователи Солка обнаружили генетический переключатель, который способствует связи между мозгом и кишечником.

ЛА ХОЛЛА. Молекулярный путь, который активируется в мозге во время голодания, помогает остановить распространение кишечных бактерий в кровоток, согласно новому исследованию, проведенному группой исследователей из Института Солка.

Исследование, опубликованное 16 мая 2016 г. Труды Национальной академии наук, показывает молекулярный путь, по которому мозг взаимодействует с желудочно-кишечным трактом (ЖКТ), чтобы предотвратить ненужную активацию иммунной системы во время голодания за счет укрепления барьера против кишечных микробов. Открытие этого сигнала мозг-кишечник у плодовых мушек, который имеет много параллелей с человеческим, может в конечном итоге помочь в лечении воспалительных заболеваний кишечника у людей.

В дополнение к своей роли в содействии усвоению питательных веществ из пищи, желудочно-кишечный тракт является хозяином множества бактерий. Эти микробы на самом деле помогают в процессе пищеварения, производя химические вещества, расщепляющие сложные жиры и углеводы.

«Голодание имеет положительное значение, которое распространяется не только на метаболическую систему, но также на воспаление и функцию мозга», — говорит ведущий исследователь исследования. Марк Монмини, профессор лаборатории биологии пептидов Фонда Клейтона и председатель Фонда Дж. В. Кикхефера. «Понимание того, как кишечник поддерживает этот барьер, и создание лекарств для укрепления этого барьера может иметь важные преимущества для людей с воспалительными заболеваниями кишечника».

Новое исследование является частью продолжающихся совместных усилий лаборатории Монмини и лаборатории профессора Солка. Джон Томас чтобы определить механизмы, которые генетический переключатель в мозгу под названием CrTC использует для контроля энергетического баланса. Постоянная сеть связи — между нашим мозгом и желудочно-кишечным трактом, а также другими тканями — помогает нашему телу следить за расходом и запасами энергии. CrTC взаимодействует с другой молекулой, называемой CREB, и голодание активирует оба белка и способствует формированию долговременных воспоминаний.

Команды Монтмини и Томас использовали плодовых мушек для изучения переключения Crtc, отчасти потому, что мухи экспрессируют многие из тех же генов, связанных с метаболизмом, что и люди. Предыдущие эксперименты, проведенные двумя лабораториями, показали, что мухи, у которых удален ген Crtc, становятся чувствительными к голоданию — они выживают без пищи примерно вдвое меньше, чем мухи с геном Crtc. Исследователи стремились понять, почему удаление Crtc приводит к более ранней гибели мух, и предположили, что это связано с тем, что у этих мутантных мух меньше запасов жира и сахара.

Что команда — вместе с доцентом Салком Джанель Эйрес группа, найденная в новом исследовании, однако, была неожиданной и более сложной. Кишки мух без Crtc экспрессировали несколько молекул, указывающих на то, что их иммунная система не работает. Когда постдокторант Рун Шен вошел в лабораторию Монтмини с уликами — фотографиями, сделанными под микроскопом флуоресцентно окрашенных клеток, выстилающих кишечник мух, — «это было совершенно неожиданно», — говорит он.

Новые результаты показывают, что мухи более чувствительны к голоданию, потому что активируется иммунная система, которая требует больших затрат энергии. Этот усиленный иммунный ответ предполагает, что без CrTC бактерии попадают из кишечника в кровоток мухи. Исследователи обнаружили, что нормальная роль CrTC заключается в укреплении барьеров кишечника, чтобы предотвратить попадание бактерий в кровоток и пробуждение иммунной системы. Без CrTC связи между клетками, которые выстилают кишечную трубку, нарушаются, вызывая утечку бактерий, активируя иммунный ответ и истощая запасы энергии.

В поисках молекулярных партнеров Crtc исследователи обнаружили белок, называемый коротким нейропептидом F (sNPF), который также обнаружен в мозге и имеет эквивалент у людей (называемый нейропептидом Y). Известно, что этот пептид заставляет мух и млекопитающих искать пищу в ответ на сигналы голода. Без sNPF в мозге мухи демонстрировали признаки воспаления кишечника, подобные тем, у которых отсутствовал Crtc. Более того, у мух, лишенных sNPF, обычно плотные уплотнения вдоль желудочно-кишечного тракта были разрушены, что привело к выходу бактерий.

И наоборот, мухи, экспрессирующие в своих нейронах большее количество Crtc или sNPF, были способны дольше выживать без пищи и демонстрировали меньше нарушений в плотных соединениях, которые поддерживают их желудочно-кишечные барьеры.

Исследователи проводят больше экспериментов, чтобы понять, как нейропептиды активируют рецепторы кишечника, которые помогают защитить его от бактериального вторжения.

Другими авторами работы были Бяо Ван и Мария Гирибальди из Института Солка. Работа была поддержана Национальные институты здоровья, Леона М. и Гарри Б. Хелмсли Благотворительный фонд и Центры исследований старения Гленна.