Gărzile de corp moleculare ale fertilității Societatea Max Planck

Sterilitate nutrițională

Grupul de cercetare al lui Christian Eckmann de la Institutul Max Planck pentru Biologie Celulară Moleculară și Genetică din Dresda a descris recent un program genetic în nematode C. elegans, care compensează fluctuațiile de calitate ale dietei și protejează astfel capacitatea de reproducere a animalelor [1]. Studiul genetic a relevat, de asemenea, o sterilitate ireversibilă indusă de dietă, care afectează doar celulele reproductive. Această sterilitate devine vizibilă, pe de o parte, prin distrugerea celulelor stem germinale și, pe de altă parte, prin defecte ale diferențierii celulelor reproductive feminine (Fig. 1).

Dovezile genetice ale influenței dietei asupra ontogeniei animalelor sunt în creștere. Această influență se referă la diferiți produși metabolici care apar în intestin. Pe lângă celulele intestinale, microbii intestinali influențează și metabolismul și sunt capabili să producă diverse produse metabolice care pot afecta negativ sau pozitiv gazda. În combinație cu dieta, microbii intestinali pot influența un număr enorm de procese în celulele multicelulare. Cu toate acestea, nu se știe încă modul în care dieta și microbii afectează capacitatea de reproducere a animalelor.

Toate laboratoarele de cercetare din întreaga lume folosesc ca sursă uniformă de hrană pentru C. elegans un specific E.. coli-Tulpina bacteriană (OP50). În mod surprinzător, grupul de cercetare a descoperit că exact acest lucru E..coli-Tulpina în absența activității genetice a receptorului nuclear nhr-114 Provoacă sterilitate. Diverse tulpini de bacterii, inclusiv a altcuiva E coli-Tipul, dar nu a indus sterilitatea (Fig. 1). În căutarea proprietății negative a bacteriei OP50, cercetătorii au descoperit că este probabil să fie un produs metabolic care se formează ca răspuns la cultivarea într-un mediu standard. Pentru că o creștere a „dăunătorului E coli-Tulpina bacteriană ”într-un mediu care a fost doar îmbogățit cu aminoacid triptofan a suprimat influența negativă asupra reproducerii nematodului. Studiul sugerează că activitatea receptorului nuclear nhr-11Al 4-lea stabilit pentru a proteja celulele germinale de efectele toxice ale unei calități slabe a alimentelor sau de anumite produse metabolice.

Se propagă și se hrănește în medii naturale C. elegans de alimente putridi, care de la sine are o compoziție microbiologică diversă. Această complexitate microbiologică duce la concluzia că nematodul este cauzat de activitatea receptorului nuclear nhr-11Al 4-lea O gamă largă de alimente este disponibilă fără a risca să pericliteze existența continuă a populației prin ingestia simultană de componente alimentare slabe.

Fig. 1: Efecte legate de dietă asupra dezvoltării țesutului germinal adult. Nematodul C. elegans a fost hrănit cu diferite tipuri de bacterii E. coli. Linia punctată indică unul dintre cele două țesuturi existente ale liniei germinale. Celulele stem ale liniei germinale se înmulțesc la capătul închis (marcat cu un asterisc). Celulele reproductive care diferențiază (spermatozoizii și ovocitele) se află la capătul lor deschis. În funcție de disponibilitatea alimentelor și de absența unui receptor nuclear funcțional nhr-114 (-), țesutul germinativ nu dezvoltă celule de ou diferențiate, iar celulele stem germinale dezvoltă defecte celulare severe. În cele din urmă, diviziunea celulelor stem ale liniei germinale se oprește și țesutul liniei germinale din organismul adult este foarte redus. Bara de scalare: 50 μm.

Fig. 1: Efecte legate de dietă asupra dezvoltării țesutului germinal adult. Nematodul C. elegans a fost hrănit cu diferite tipuri de bacterii E. coli. Linia punctată indică unul dintre cele două țesuturi existente ale liniei germinale. Celulele stem ale liniei germinale se înmulțesc la capătul închis (marcat cu un asterisc). Celulele reproductive care diferențiază (spermatozoizii și ovocitele) sunt situate la capătul lor deschis. În funcție de aprovizionarea cu alimente și de absența unui receptor nuclear funcțional nhr-114 (-), țesutul liniei germinale nu dezvoltă celule de ou diferențiate, iar celulele stem ale liniei germinale dezvoltă defecte celulare severe. În cele din urmă, diviziunea celulelor stem ale liniei germinale se oprește și țesutul liniei germinale din organismul adult este foarte redus. Bara de scalare: 50 μm.

Dezvoltarea și funcția țesutului liniei germinale în organism

Celulele germinale sunt fundamentale pentru reproducerea animalelor, deoarece doar acestea s-au specializat în transmiterea informațiilor genomice următoarei generații. La majoritatea animalelor și a oamenilor, celulele stem ale liniei germinale se dezvoltă în stadiul embrionar. În stadiul adolescenței, aceștia se dezvoltă prin divizarea celulară într-un țesut al liniei germinale, în care unele celule stem ale liniei germinale se transformă în celule reproductive prin procesul gametogenezei. Numai în stadiul adult, țesutul reproductiv își găsește echilibrul și organismul este pregătit pentru reproducere prin producția de celule ovuloase (ovocite) și spermă. Studiile genetice cu organisme model au arătat că starea nutrițională a animalului influențează puternic acest echilibru.

Cu musca fructelor Drosophila melanogaster z. B. celulele stem ale liniei germinale se înmulțesc foarte bine atunci când există o cantitate suficientă de hrană, în timp ce reproducerea lor este mult mai gravă atunci când există mai puțină hrană și țesutul liniei germinale are dimensiuni reduse. Cu viermele rotund C. elegans s-ar putea determina o relație dinamică similară, care este controlată de căile de semnal neuronal. Observațiile asupra acestor organisme model nevertebrate se corelează cu studii pe termen lung la oameni adulți, conform cărora o dietă bogată în nutrienți și variată poate crește fertilitatea feminină.

În timp ce defectele fizice pot avea un impact negativ asupra sănătății individului, defectele celulelor germinale au potențialul de a inhiba capacitatea lor generală de reproducere. Acest lucru este deosebit de problematic atunci când celulele stem ale liniei germinale sunt afectate. Deoarece, deși sunt embrionare, celulele reproductive se dezvoltă numai din celulele stem germinale din corpul adult. Prin urmare, țesutul liniei germinale își îndeplinește funcția biologică relativ târziu în viața unui organism. În acest moment târziu, totuși, întregul corp, inclusiv celulele stem ale liniei germinale și celulele germinale imature, a fost deja expus la diferite influențe de mediu și dietetice. Prin urmare, se poate presupune că au fost stabilite programe genetice care pot proteja celulele germinale de daunele ireversibile cauzate de influențele nutriționale.

Receptorii hormonilor nucleari ca protectori moleculari

Evoluția programelor genetice

Organismele se dezvoltă și trăiesc într-o mare varietate de medii. Animalele care pot mânca o varietate de alimente au un avantaj față de populațiile care pot tolera alimentele doar într-o măsură limitată. Programele genetice care susțin metabolismul diferitelor alimente facilitează popularea de noi teritorii. O dietă echilibrată și celule germinale funcționale în mod optim sunt cei doi factori principali responsabili pentru reproducerea cu succes și supraviețuirea generației următoare. Deoarece fertilitatea și reproducerea sunt strâns legate de disponibilitatea alimentelor, răspunsurile genetice trebuie să fi evoluat în așa fel încât să coordoneze echilibrul dintre numărul de celule germinale și bogăția și calitatea aprovizionării cu alimente (Fig. 2). Cu toate acestea, este necesară o mai bună înțelegere moleculară a modului în care nutriția este legată de celulele stem reproductive. Acest subiect este deosebit de important pe fondul obiceiurilor alimentare moderne ale omului.

Fig. 2: Diferite condiții de mediu (săgeți) influențează compoziția alimentelor, care este metabolizată în continuare de microbi. Receptorii nucleari din intestin controlează un program genetic care protejează celulele germinale de metaboliții negativi. Acest lucru poate crește fertilitatea și o populație de animale se poate răspândi și reproduce eficient într-o mare varietate de habitate.

Rezultatele studiului realizat de Xicotencatl Gracida și Christian Eckmann creează baza pentru o înțelegere a influențelor nutriționale asupra dezvoltării celulelor germinale. Rezultatele arată că celulele stem germinale sunt extrem de sensibile la produsele metabolice. Influența dietei se joacă la nivelul integrității celulare și genetice și la executarea corectă a diviziunii și diferențierii celulare. Aceste rezultate în ceea ce privește calitatea alimentelor sunt în contrast cu efectele fiziologice nutriționale-presupuse anterior ale cantității de alimente asupra reproducerii celulelor stem germinale. În plus, observația că metabolismul bacteriilor utilizate ca hrană influențează și țesutul reproductiv al animalelor ridică întrebări importante: Microbii intestinali umani au, de asemenea, o influență asupra fertilității și programe genetice similare protejează celulele stem germinale ale mamiferelor?