Îmbătrânirea și dieta afectează proteinele intestinale
În funcție de secțiunea intestinală, se pot demonstra efecte specifice asupra proteomului și dificultăți legate de vârstă în adaptarea la modificările nutrienților.
3 mai 2020 Life Sciences Institutul Leibniz pentru Cercetarea Îmbătrânirii - Institutul Fritz Lipmann Știri Rezultate cercetare
Intestinul subțire este una dintre cele mai importante interfețe dintre mediu și corpul nostru. Este responsabil pentru consumul de substanțe nutritive și formează o barieră împotriva influențelor potențial dăunătoare asupra mediului. Condusă de cercetători de la Institutul Leibniz pentru Cercetarea Îmbătrânirii - Institutul Fritz Lipmann (FLI) din Jena, o echipă internațională a investigat influența îmbătrânirii și a dietei asupra epiteliului intestinal al șoarecilor. În funcție de secțiunea intestinului, aceștia au reușit să demonstreze efecte specifice asupra proteomului și dificultăți legate de vârstă în adaptarea la modificările nutrienților. Studiul oferă o imagine a structurii spațiale a proteomei intestinului subțire la șoarece și a fost publicat acum în revista Cell Reports.
Intestinul subțire, cea mai lungă parte a tractului digestiv, reprezintă una dintre cele mai importante interfețe dintre mediu și corpul nostru. Are două funcții principale: pe de o parte, este responsabil de absorbția nutrienților din alimentele pe care le consumăm și, pe de altă parte, funcționează ca o barieră pentru limitarea intrării poluanților în organism. Organul este foarte adaptabil și reacționează dinamic la schimbările de nutrienți sau la o dietă cu calorii reduse (dietă). Stratul celular care formează suprafața intestinului subțire, așa-numitul epiteliu intestinal, este supus unui proces continuu de reînnoire care durează în jur de 3-5 zile.
Au fost studiate unele dintre efectele îmbătrânirii și ale dietei asupra intestinului subțire. Se știe că procesul de îmbătrânire duce la o absorbție redusă a nutrienților de către epiteliu și, astfel, poate contribui la malnutriție la persoanele în vârstă. În plus, s-ar putea demonstra diferențe anatomice între diferite secțiuni ale intestinului subțire. Efectele îmbătrânirii și dietei în funcție de secțiune asupra tuturor proteinelor (proteomi) care fac parte din epiteliul intestinal nu au fost încă investigate.
Un studiu realizat de o echipă internațională de cercetare de la Institutul Leibniz pentru Cercetarea Îmbătrânirii - Institutul Fritz Lipmann (FLI) din Jena și colegii lor de la Institutul Koch pentru Cercetarea Integrativă a Cancerului de la MIT, Cambridge, SUA; Genentech Inc., San Francisco, SUA și Universitatea Friedrich Schiller Jena, sunt acum dedicate acestui subiect. Utilizând analize de proteom de ultimă generație utilizând spectrometria de masă, cercetătorii au examinat diferențele dependente de vârstă și secțiune în compoziția celulară a criptelor intestinale, depresiile anatomice din epiteliul intestinal, în care sunt localizate celulele stem intestinale și unele celule diferențiate, care sunt necesare pentru regenerarea intestinului. Rezultatele lor oferă o imagine completă a structurii spațiale a proteomei din intestinul subțire al șoarecelui.
Influența îmbătrânirii asupra epiteliului intestinal
Analizând modificările proteomei în 12 părți diferite ale intestinului subțire, cercetătorii au reușit să caracterizeze diferențele în abundența de proteine de-a lungul organului și să identifice diferențele regionale în compoziția celulară a criptelor intestinale. Rezultatele arată, de exemplu, că numărul de celule calice, un tip de celulă care contribuie în principal la formarea mucoasei intestinale, este semnificativ crescut în partea finală a intestinului subțire. Diferențele proteomului în criptele intestinale din diferite secțiuni intestinale corespund binecunoscutei diviziuni anatomice a intestinului în cele trei părți principale ale duodenului, intestinului gol și ileonului.
Într-un pas următor, echipa a examinat efectele îmbătrânirii asupra criptelor intestinale din diferite secțiuni și a comparat peste 5000 de proteine de la șoareci tineri și bătrâni. Analizele au arătat că proteinele care sunt influențate în procesul de îmbătrânire apar cu frecvențe diferite, în funcție de secțiunea intestinului. Aceasta înseamnă că procesul de îmbătrânire are efecte diferite asupra diferitelor regiuni anatomice ale mucoasei intestinului subțire.
"Rezultatele noastre arată o influență clară legată de vârstă asupra compoziției proteinelor și celulelor criptelor intestinale. Am constatat modificări grave ale proteinelor legate de inflamație și valori reduse ale markerilor celulelor stem la șoareci bătrâni. Acest lucru arată că structura sensibilă a epiteliului este perturbată în timpul procesului de îmbătrânire, Acest lucru duce la inflamație și autoregenerare redusă. Secțiunea ileon prezintă în special semne pronunțate de îmbătrânire ", spune Nadja Gebert, primul autor al studiului, explicând cele mai importante rezultate pe care le-a descoperit în timpul tezei sale de doctorat.
Efectul dietei asupra intestinului șoarecilor tineri și bătrâni
Într-o etapă ulterioară, echipa de cercetare a examinat modul în care șoarecii tineri și bătrâni reacționează la modificările dietei. Aceștia au pus animale tinere și bătrâne pe o dietă timp de o lună (o binecunoscută intervenție anti-îmbătrânire cu consum redus de alimente fără malnutriție) și au oferit unor animale acces fără restricții la alimente din nou după dietă. Atât dieta pe termen scurt, cât și dieta cu hrănirea ulterioară au arătat efecte asupra sutelor de proteine la animalele tinere, în timp ce mai puține proteine au fost afectate la animalele vechi. Acest lucru indică o capacitate scăzută a animalelor vechi de a se adapta la schimbarea dietei. Animalele vechi, în special, au avut probleme în stabilizarea greutății corporale: au continuat să piardă în greutate câteva zile după începerea schimbării dietei, în timp ce animalele mai tinere au putut să-și stabilizeze greutatea corporală după câteva zile. Cu toate acestea, autorii au descoperit că un ciclu de dietă urmat de un acces nerestricționat la alimente este suficient pentru a restabili parțial compoziția celulară a criptelor intestinale ale șoarecilor bătrâni, ceea ce indică posibile efecte anti-îmbătrânire ale acestei măsuri.
„În special, trecerea între dietă și alimentația normală, și nu doar dieta singură, are efecte pozitive asupra mucoasei intestinale și duce la o întinerire parțială a proteinelor din criptele intestinale ale șoarecilor bătrâni. Acest lucru ar putea fi interpretat ca fundamentând efectele pozitive ale metodei de post intermitente. Pe de altă parte, adaptabilitatea mai slabă a epiteliului intestinal al șoarecilor bătrâni arată efectele drastice care pot fi cauzate la vârstnici de modificările dietei sau de tratamentele medicamentoase ", spune Dr. Alessandro Ori, lider de grup la FLI.
Rolul celulelor stem intestinale
La o examinare mai atentă, s-a demonstrat că, cu o dietă pe termen scurt, urmată de o nutriție normală, celulele stem din epiteliul intestinal se dezvoltă din nou mai puternic în celule calice specializate (diferențiere). Cercetătorii au reușit să identifice o enzimă (Hmgcs2) care reacționează la modificările dietei și astfel influențează acest proces de diferențiere a celulelor stem. Dieta duce la o concentrație crescută a acestei enzime în celulele stem din intestinul subțire, ceea ce schimbă astfel comportamentul lor de diferențiere.
Analizând mai atent modificările metabolice, cercetătorii au descoperit diferențe regionale în numărul de enzime care limitează alte căi metabolice importante, cum ar fi metabolismul glucozei. Acest lucru sugerează că metabolismul celulelor epiteliale intestinale și cantitatea de produse intermediare care sunt create variază de-a lungul intestinului subțire și, odată cu acesta, sănătatea și adaptabilitatea mucoasei intestinale.
"Cu acest studiu de proteomică pe scară largă, am reușit să creăm un fel de atlas care să arate structura spațială a proteomei intestinului subțire la șoarece. Rezultatele sunt disponibile ca resursă gratuită online și pot fi utilizate pentru studii ulterioare", spune Ori. În studii ulterioare, cercetătorii caută acum opțiuni medicale care pot restabili capacitatea intestinelor de a se regenera la bătrânețe și, astfel, să contribuie la o viață sănătoasă pentru persoanele în vârstă.