Celulele intestinale ale muștelor de fructe monitorizează foamea prin vâscozitatea internă a celulelor
Cercetătorii conduși de Sa Kan Yoo la RIKEN Center for Biosystems Dynamics Research (BDR) din Japonia au descoperit că regenerarea naturală a celulelor intestinale la musca de fructe depinde de cantitatea de hrană pe care o consumă, nu de un nutrient specific.
Ei au observat că celulele intestinale erau înlocuite mai frecvent atunci când nivelurile de nutrienți erau scăzute și când interiorul celulelor intestinale era fluid și apos. Studiul, publicat în Proceedings of the National Academy of Sciences, contrazice concepțiile tradiționale din biologia nutrienților, care susțin că detectarea nutrienților se bazează pe căi de semnalizare biologică activate de nutrienți specifici.
Când consumăm nutrienți, precum zahărul sau proteinele, moleculele ajung în celule și declanșează reacții biologice. De exemplu, zahărul din sânge este detectat de celulele din pancreas, care apoi produc insulină. Aminoacizii din proteine, în special leucina, stimulează creșterea celulară în majoritatea celulelor, în timp ce lipsa acestora duce la moartea celulară prin autodigestie. În ambele cazuri, semnalizarea biologică depinde de tipul de nutrient.
Celulele care căptușesc intestinul au contact direct cu nutrienții și sunt cunoscute pentru faptul că sunt înlocuite frecvent. Yoo și echipa sa de la RIKEN BDR au studiat aceste celule și au descoperit recent că turnoverul rapid se datorează unui nou tip de moarte celulară, pe care l-au denumit erebosis. Procesul nu este pe deplin înțeles, iar în noul studiu echipa a urmărit să caracterizeze modul în care erebosis este influențat de nutrienți.
La început, echipa a obținut rezultate așteptate. Au constatat că moartea celulară erebosis a crescut cu o dietă săracă în drojdie și bogată în zahăr. Deși schimbarea concentrației de zahăr din hrană nu a avut niciun efect, reducerea concentrației de aminoacizi cu 90% a declanșat erebosis. Aici, rezultatele au devenit ciudate și neașteptate.
Echipa s-a așteptat ca celulele să detecteze aminoacizii în mod obișnuit. Însă, atunci când au blocat căile biologice respective, moartea celulară erebosis nu a fost oprită. Au testat fiecare aminoacid individual la concentrația găsită în dieta bogată în aminoacizi care suprima erebosis. În fiecare caz, nu a reușit să o suprima. Totuși, când au crescut semnificativ concentrația, aceasta a suprima erebosis în toate cazurile. Aceasta a însemnat că efectul nu era datorat niciunui aminoacid specific.
Așadar, au încercat să analizeze părțile individuale pe care toți aminoacizii le au în comun. Însă, erebosis a fost suprimați chiar și atunci când metabolismul aminoacizilor a fost blocat. Echipa a concluzionat că metabolismul ar putea să nu fie necesar.
Rezultatele neașteptate au fost frustrante. „Inițial, am crezut că aminoacizii afectează căi biochimice specifice sau că produsele lor secundare, cum ar fi amoniacul, uratul, acidul uric, sunt implicate”, explică Yoo. „Cu toate acestea, indiferent de ceea ce am manipulat, am obținut aceleași rezultate. Proiectul a stagnat timp de un an.”
Dacă nu era vorba de un aminoacid sau metabolit specific, ce ar putea fi? Descoperirea a venit atunci când au luat în considerare cantitatea de nutrienți. În mod specific, cercetătorii au dedus că, atunci când celulele sunt pline de aminoacizi, fluidul din interiorul acestora devine gros și vâscos.
„Frustrările noastre s-au încheiat când am folosit un analog al aminoacidului care nu poate fi metabolizat, care, surprinzător, a afectat erebosis”, spune Yoo. „Pe baza acestui lucru, a apărut ideea că aminoacizii afectează o proprietate biophysicală a citoplasmei. După aceea, totul a decurs foarte bine.”
Cercetătorii au căutat și au găsit două molecule biochimice diferite care pot pătrunde în celulele muștelor și pot face citoplasma vâscoasă, dar care sunt metabolic inactive. Administrarea acestor molecule muștelor a avut aceleași rezultate.
„Cu aceste descoperiri, introducem conceptul de „vâscozitate”, prin care celulele intestinale simt sațietatea sau foamea în funcție de vâscozitatea citoplasmei și își ajustează starea în consecință.” Yoo și laboratorul său investighează în prezent dacă erebosis se produce și în celulele intestinale ale rozătoarelor și oamenilor.
