Wpływ metabolitów na modyfikację pluripotencjalnych komórek macierzystych
Każda komórka organizmu ma pewną określoną tożsamość. Pewien mechanizm sprawia, że rozumieją swoje przeznaczenie i nigdy o nim nie zapominają. Nasze neurony nigdy nie stają się komórkami skóry lub komórkami krwi. Dzieje się tak z powodu pewnego czynnika, który sprawia, że komórki mają świadomość bycia neuronami, w związku z czym nie zmieniają swojej tożsamości. Dzięki modyfikacjom chemicznym stanowiącym swoiste molekularne ograniczniki, komórki wiedzą, czym nie mogą się stać. Proces ten obejmuje represyjną modyfikację chromatyny, mieszaniny DNA i białek, które tworzą chromosomy znajdujące się w komórkach ludzi i innych rozwiniętych organizmów. „Poznanie mechanizmu odpowiedzialnego za dodawanie i usuwanie takich modyfikacji jest kluczowe - dzięki temu dowiemy się, w jaki sposób komórki wiedzą i pamiętają, czym są”, wyjaśnia Graziano Martello, główny badacz projektu MetEpiStem, który realizował na Uniwersytecie w Padwie we Włoszech. Martello skupił swoją uwagę na pluripotencjalnych komórkach macierzystych, które charakteryzuje wyjątkowa zdolność do przekształcania się w dowolny typ komórek ciała. „Charakteryzują się niskim poziomem modyfikacji represyjnych, zatem mogą przyjąć dowolny kształt. To wyjątkowe komórki, a zrozumienie mechanizmu odpowiedzialnego za ich powstawanie jest istotne i przede wszystkim fascynujące”, dodaje Martello. Realizowany dzięki wsparciu Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych projekt miał na celu ustalenie sposobów regulacji metabolizmu pluripotencjalnych komórek macierzystych oraz znaczenia tego mechanizmu dla ich biologii.
Związek między dietą i modyfikacjami epigenetycznymi
Niedawno pojawiły się dowody potwierdzające, że metabolizm i modyfikacje epigenetyczne mogą wpływać na siebie nawzajem. „Występowanie określonych składników odżywczych w środowisku lub w naszej diecie może wpływać na modyfikacje epigenetyczne, a docelowo także na zachowanie komórki”, zauważa Martello. Celem projektu było ustalenie, czy określone metabolity mogą wpływać na chromatynę pluripotencjalnych komórek macierzystych, a tym samym odpowiadać za wyjątkowe możliwości różnicowania. „To istotne z punktu widzenia wytwarzania lub różnicowania tych komórek macierzystych, ponieważ musimy wówczas zapewnić dostęp do odpowiednich składników odżywczych. Stawiamy wówczas czoła pewnemu problemowi. Może na przykład okazać się, że nie uda nam się uzyskać odpowiednich neuronów, a przyczyną będzie to, że w diecie komórek pluripotencjalnych zabraknie określonego aminokwasu”, zauważa Martello.
Pomiar metabolitów wewnątrz komórki i ich wykorzystanie
Na szczęście badacze tacy jak Martello dysponują już nowatorskimi narzędziami, których możliwości pozwalają im na prowadzenie wyjątkowych badań. W ciągu ostatniej dekady coraz powszechniejsze stawały się metody z zakresu metabolomiki i metabolomiki przepływowej. Dzięki nim możliwy jest pomiar wszystkich metabolitów znajdujących się wewnątrz komórki, pozwalają także na określenie sposobu, w jaki komórka wykorzystuje dany metabolit. „W ramach naszych badań zauważyliśmy na przykład, że pewien aminokwas - glutamina - jest wykorzystywany przez komórki pluripotencjalne w celu utrzymania niskiego poziomu modyfikacji epigenetycznych, o których wspomniałem”, wyjaśnia Martello. Badacze uwzględnili także dodatkowy etap badań, który zakładał zastosowanie technik obliczeniowych w celu symulacji metabolizmu komórki. Jak twierdzi Martello: „Dzięki danym metabolomicznym możemy wykorzystać komputery w celu ustalenia, jakie reakcje chemiczne przebiegają w danej komórce. Na tej podstawie możemy dokładniej badać metabolizm komórki w postaci wirtualnej, którą można poddać dokładnym analizom”.
Poszukiwanie metabolitu wpływającego na profil epigenetyczny komórek pluripotencjalnych
Działający pod kierownictwem Martello zespół wskazał metabolit, którego poziom wpływa na profil epigenetyczny pluripotencjalnych komórek macierzystych. „Dodając lub usuwając taki metabolit z pożywki używanej do hodowli tych komórek możemy zaobserwować drastyczne zmiany w ich profilu epigenetycznym”. Wyniki badań zostały opublikowane na łamach czasopisma naukowego „Nature Genetics”. „Zaobserwowanie tak istotnego efektu i analizy mechanizmów odpowiedzialnych za jego występowanie było niezwykle satysfakcjonujące. Jestem przekonany, że nasze odkrycia przełożą się na dalsze badania dotyczące komórek innych niż pluripotencjane komórki macierzyste”, zauważa Martello.
Słowa kluczowe
MetEpiStem, modyfikacja epigenetyczna, metabolity, pluripotencjalne, komórki, pluripotencjalne komórki macierzyste, dieta
