Стволовые клетки постоянно адаптируются к своему окружению для поддержания здоровья органов и тканей, используя химические сигналы и физические воздействия. Когда стволовые клетки не работают должным образом, это может привести к различным заболеваниям, включая воспалительные заболевания кишечника (ВЗК) и рак толстой кишки, когда они продолжают делиться, формируя опухоль.
До настоящего времени оставалось неясным, как стволовые клетки воспринимают физические воздействия окружающей среды. Однако новые результаты исследования, опубликованные в журнале Science под руководством доктора Мериема Багдади из госпиталя SickKids, а также докторов Тхе-Хи Кима и Даниэлы Виньевич из Института Кюри, показали, что выживание стволовых клеток зависит от двух ионных каналов, известных как PIEZO1 и PIEZO2.
«Физические свойства среды вокруг стволовых клеток имеют решающее значение для нашего здоровья. Полученные знания позволят нам исследовать способы восстановления желудочно-кишечного тракта, чтобы не только предотвратить повреждение стволовых клеток, но и восстановить их», — отметил Тхе-Хи Ким, старший научный сотрудник программы «Биология развития и стволовых клеток» в SickKids.
Как стволовые клетки воспринимают изменения в кишечнике
В 2018 году доктор Си Хуанг, старший научный сотрудник программы «Биология развития и стволовых клеток» в SickKids, обнаружил, что ионные каналы PIEZO влияют на уплотнение опухоли при раке мозга. Вдохновленная этим открытием, исследовательская группа Кима решила изучить, как стволовые клетки кишечника используют каналы PIEZO для поддержания своего здоровья и нормального функционирования.
В доклинической модели команда исследователей отключила (заблокировала) каналы PIEZO1 и PIEZO2 в кишечнике. Результаты оказались впечатляющими: в отсутствие обоих каналов PIEZO стволовые клетки не могли поддерживать свои жизненно важные функции, что приводило к тяжелым заболеваниям и быстрой смерти. Хотя ранее было известно, что каналы PIEZO выполняют разные функции, данное исследование выявило их неожиданную дополнительную роль в поддержании стволовых клеток.
В лаборатории Кима и Виньевич установили, что ионные каналы PIEZO помогают стволовым клеткам ощущать физические изменения в окружающей среде, такие как жесткость или растяжимость. Без этих каналов нарушался баланс в двух ключевых сигнальных путях, что приводило к тому, что стволовые клетки не могли распознавать важные изменения в окружающей среде и неправильно дифференцировались.
При отсутствии каналов PIEZO стволовые клетки не могут оставаться стволовыми клетками. Вместо этого они слишком быстро превращаются в другие типы клеток, что вызывает серьезные проблемы со здоровьем.
Это открытие имеет значительное значение для здоровья человека, особенно в контексте заболеваний с аномальной активностью стволовых клеток, таких как ВЗК, одно из самых быстрорастущих заболеваний в мире, и рак кишечника, который занимает третье место по распространенности среди раковых заболеваний.
Ученые все больше убеждаются в том, что наши клетки представляют собой не просто биологическую систему, а также систему химических и механических сигналов, управляющих их активностью. Понимание того, как и почему наш организм реагирует на эти сигналы, открывает новые возможности для исследований не только здоровья кишечника, но и всех аспектов человеческого здоровья.