Роль бактерий и аутофагии в клетках Панета при воспалительных заболеваниях кишечника

РОЛЬ КЛЕТОК ТОНКОГО КИШЕЧНИКА И БАКТЕРИЙ ПРИ ВЗК

На рисунке: клетки Панета (красный) секретируют антимикробные пептиды (зеленый) в гранулы. Фото из University of Rochester Medical Center

Редкая группа клеток может помочь в разработке методов лечения воспалительных заболеваний кишечника (ВЗК)

В поддержании здоровья человека огромную роль играют населяющие его кишечник микроорганизмы нормальной микрофлоры, выполняющие защитные функции, к которым можно отнести барьерную защиту от проникновения в кровь патогенов и антимикробную защиту (за счет выработки антибиотических веществ, в т.ч. бактериоцинов). В последнее время вызывает также большой интерес обнаруженная антимутагенная защита ряда бактерий, т.к. воздействие мутагенов различной природы (в т.ч. присутствующих в пище) может вызывать разрушения ДНК, различные мутации и изменения в работе клеток организма, что также приводит к заболеваниям.

Однако защиту от вторжения в кишечник бактерий, вызывающих воспаления, выполняют непосредственно и сами клетки кишечника, а потому различные изменения или мутации в них могут привести к тяжелым болезням.

В новом исследовании ученые обнаружили, что нарушение работы редкой группы клеток в тонком кишечнике позволяет кишечным бактериям вторгнуться в этот орган и вызвать серьезные воспалительные процессы.

Человеческий микробиом - триллионы крошечных бактерий, которые живут в и на наших телах - становится все более важным игроком в области здравоохранения и благополучия. Но, наше сосуществование с этими микроорганизмами - это сложный процесс, и ученые узнали, что даже незначительные изменения в этих отношениях могут привести к большим проблемам с нашим здоровьем.

В новом исследовании, опубликованном в журнале Cell Host & Microbe, ученые из медицинского центра университета Рочестера (University of Rochester Medical Center) обнаружили, что нарушение работы редкой группы клеток (так называемых клеток Панета) в тонком кишечнике позволяет кишечным бактериям вторгнуться в этот орган и вызвать серьезные воспаления. Исследование проводилось на мышах, но имеет большое значение для лечения воспалительного заболевания кишечника (ВЗК), группы болезней, характеризующихся хроническим воспалением в пищеварительном тракте.

Сохраняя наш кишечник счастливым и здоровым

Сохранение нашего кишечника в хорошей форме требует сотрудничества нескольких кишечных клеток с бактериями, которые живут вокруг них. Несмотря на довольно небольшое количество кишечных клеток, называемых клетками Панета, они играют важную роль; они делают антимикробные соединения, которые сдерживают бактерии - помогают образованию в тонкой кишке, физического барьера между органом и бактериями.

Прим.: Клетки Панета - клетки тонкой кишки, обеспечивающие антибактериальную защиту. Названы в честь австрийского врача Йозефа Панета. Функционально схожи с нейтрофилами. При столкновении с бактериями или бактериальными антигенами выделяют антимикробные вещества в просвет крипты, способствуя поддержанию кишечного барьера.

Предыдущие исследования показали, что изменения или мутации в клетках Панета связаны с повышенным воспалением, в том числе у людей с болезнью Крона. Но ученые не знали, как клетки Панета «открывали дверь» для такого воспалительного повреждения.

Плохие вещи случаются, когда охранники уходят

Исследователи во главе с Феликсом Яровинским (Felix Yarovinsky) нашли ответ в процессе, называемом аутофагией, который помогает клеткам удалять ненужный клеточный материал или мусор. Его команда выключила аутофагию в клетках Панета у мышей, а затем подвергла эти клетки стрессовому воздействию паразитом под названием Токсоплазма гондии (Toxoplasma gondii). Без аутофагии, барьер между тонкой кишкой и кишечными бактериями сломался; бактерии вторглись в орган и вызвали сильную инфекцию и воспаление.

Прим. ред.: Аутофагия (от «сам» и «есть») — процесс, при котором внутренние компоненты клетки доставляются внутрь её лизосом или вакуолей и подвергаются в них деградации. Аутофагия сопровождает жизнедеятельность любой нормальной клетки в обычных условиях. Основными стимулами к усилению процессов аутофагии в клетках могут служить: нехватка питательных веществ, наличие в цитоплазме повреждённых органелл, наличие в цитоплазме частично денатурировавших белков и их агрегатов. Кроме голодания, аутофагия может индуцироваться окислительным или токсическим стрессом.

"Клетки Панета подобны Хранителям кишечника и аутофагия их броня", - рассказывает Феликс Яровинский, доцент в Центре Биологии Вакцин и иммунологии Кафедры микробиологии и иммунологии университета Рочестера (URMC). "Когда мы сняли их броню, клетки Панета не могли контролировать кишечные бактерии, и они сошли с ума, вызывая тяжелое заболевание."

Исследование показывает, что нормальная аутофагия в клетках Панета необходима, чтобы регулировать бактерии в кишечнике, держа их "в страхе", и защищать от их вторжения в ткани хозяина. Клетки Панета составляют всего 2 процента клеток в кишечнике, и тот факт, что ограничение аутофагии в этих клетках привело к большим проблемам – оказался неожиданным результатом исследования.

Роль кишечных бактерий в воспалительных заболеваний кишечника

Ученые знают, что бактерии кишечника играют определенную роль в развитии воспалительных заболеваниях кишечника, которые включают болезнь Крона и язвенный колит. Но то, как бактерии в кишечнике контролируются в этих условиях, остается неясным.

Это и другие исследования указывают на клетки Панета, как на одних из ключевых регуляторов взаимодействия между хозяином и бактериями, и дальнейшие исследования могут быть использованы при разработке будущих методов лечения.

Эта работа была поддержана грантами Национального института аллергии и инфекционных заболеваний при национальных институтах здравоохранения и Фонде Burroughs Wellcome. Элис Бургер (Elise Burger), Алессандра Араужо (Alessandra Araujo) и Америко Лопес-Иглесиас (Américo López-Yglesias) из медицинского центра университета Рочестера (URMC) внесли свой вклад в исследование, наряду с учеными из Университета Мичигана и Юго-Западного Медицинского центра Техасского университета.

Источник: Материалы, предоставленные University of Rochester Medical Center

К разделу:

• Микробиом, метаболом и воспалительное заболевание кишечника