Недавнее исследование показало, что глюкоза (сахар в крови) играет важнейшую роль в качестве главного регулятора дифференциации тканей — процесса, посредством которого стволовые клетки трансформируются в специализированные клетки, из которых состоят различные ткани организма.
Исследование было проведено учеными Медицинской школы Стэнфордского университета (США), а его результаты были опубликованы в журнале Cell Stem Cell 21 марта. Об этом также сообщил сайт EurekAlert.
Случайное открытие
Глюкоза не была основной целью исследователей, когда они начали изучать молекулы, стимулирующие дифференциацию клеток. Они провели масштабные эксперименты со стволовыми клетками, полученными из кожи человека, которые были на пути к превращению в зрелые кератиноциты — доминирующие клетки внешнего слоя кожи. Используя передовые методы, они измерили колебания концентрации биомолекул в процессе дифференциации.
Они пришли к выводу, что молекулы, количество которых значительно увеличивается в процессе дифференциации, могут играть ключевую роль в этом процессе.
Исследователи выявили 193 подозрительные молекулы. Удивительно, но вместо снижения уровня глюкозы они наблюдали его заметное повышение по мере прогрессирования дифференциации.
Это увеличение заставило команду пересмотреть важность глюкозы. Используя флуоресцентные или радиоактивные аналоги глюкозы, исследователи смогли визуализировать динамику глюкозы внутри клеток в процессе дифференциации.
По мере того, как клетки продвигались по пути специализации, увеличение интенсивности света, наблюдаемое в клетках, указывало на повышение активности глюкозы, что позволяет предположить, что глюкоза действует как ключевой сигнал, способствующий дифференциации.
Исследования других типов клеток человека, включая жировые, костные и некоторые развивающиеся белые кровяные клетки, выявили схожие закономерности, указывая на то, что роль глюкозы в дифференцировке тканей, по-видимому, широко распространена.
Гораздо больше, чем просто источник энергии
Эти результаты вызвали большой интерес. Поэтому исследователи дополнительно изучили влияние различных уровней глюкозы на дифференциацию кератиноцитов в различных экспериментальных условиях. Они обнаружили, что органоиды кожи человека — кожная ткань, реконструированная в лабораторных условиях и выращенная в среде, имитирующей настоящую кожу, — не дифференцируются должным образом, когда уровень глюкозы ниже нормы.
Решение было столь же простым, сколь и неожиданным: ввести аналог глюкозы, который не поддается метаболизму. Этого вмешательства оказалось достаточно для восстановления дифференциации, что подтвердило идею о том, что глюкоза играет роль, выходящую за рамки ее энергетической функции.
Доктор Пол Хавари, доктор медицинских наук, заведующий отделением дерматологии Стэнфордского университета, сказал:
« Это был шок. Мы были убеждены, что глюкоза — это всего лишь источник энергии. «Но эти неметаболизируемые аналоги поддерживают дифференциацию так же, как и классическая глюкоза.».
Теперь исследователи надеются лучше понять роль глюкозы в здоровых и больных клетках. Это новое понимание может помочь в лечении осложнений, связанных с аномальной регуляцией глюкозы при таких заболеваниях, как диабет, или даже при развитии рака — расстройства, часто связанного с недифференцированными клетками и неконтролируемым ростом клеток.
Таким образом, это исследование открывает путь для будущих исследований, подчеркивая многочисленные аспекты, которые простые молекулы, такие как глюкоза, могут играть в клеточных процессах. По мере того, как научное сообщество пересматривает место глюкозы в биологии клетки, становится все более очевидным, что неожиданные функции могут быть обнаружены и в других малых молекулах.
