Glukoza wpływa na różnicowanie się komórek i regenerację tkanek poprzez kontrolowanie aktywności genów kluczowych w tych procesach.
Tak wnioskują naukowcy z badania, które opisano w czasopiśmie „Cell Stem Cell”. Zdaniem autorów tej analizy odkrycie to może pomóc w wynalezieniu nowych leków na cukrzycę oraz na raka.
Glukoza to cukier prosty, który stanowi głównie źródło produkcji energii dla komórek naszego ciała. Naukowcy ze Stanford University School of Medicine (Stanford, Kalifornia, USA) podali do wiadomości w konsekwencji wieloletnich badań, że jest ona również głównym regulatorem różnicowania tkanek – chodzi o proces, w którym komórki macierzyste dają początek wyspecjalizowanym komórkom, budującym tkanki naszego organizmu.
W tym wypadku jej rola nie polega na dostarczaniu energii, lecz na tworzeniu wiązań w nienaruszonej formie z białkami kontrolującymi aktywność genów, które odpowiadają za proces różnicowania się tkanek i ich regenerację.
To odkrycie było dla naukowców tak szokujące, że musieli czekać kilka lat, by potwierdzić swoje obserwacje i przypuszczenia, nim je oficjalnie opublikowali.
– Na początku po prostu w to nie mogliśmy uwierzyć. Jednakże wyniki kolejnych szeroko zakrojonych eksperymentów pokazywały wprost, że glukoza wchodzi w interakcje z setkami białek w komórkach i moduluje ich funkcję, aby promować proces różnicowania się komórek – powiedział na łamach portalu www.naszesprawy.eu dr Paul Khavari, współautor pracy.
Gdy jego zespół zaczął szukać cząsteczek napędzających proces różnicowania komórek, nie skupiał się na glukozie. Wykorzystując technikę określaną jako spektrometria mas z metodami analizy o wysokiej przepustowości, naukowcy badali wzrost i spadek stężenia tysięcy cząsteczek biologicznych obecnych w ludzkich komórkach macierzystych skóry podczas procesu różnicowania się ich w dojrzałe keratynocyty (dojrzałe komórki nabłonka).
Założyli, że cząsteczki, których poziom rośnie w trakcie różnicowania się komórek w keratynocyty, mogą spełniać ważną rolę w tej przemianie.
Tą drogą badacze zidentyfikowali 193 cząsteczki, które miały udział w różnicowaniu się komórek. Wiele z nich już wcześniej połączono z tym procesem. Zaskoczeniem okazało się to, że wśród molekuł, których poziom znacznie urósł, na drugim miejscu była glukoza.
– Gdy zobaczyliśmy, że glukoza jest na szczycie tej listy, byliśmy oszołomieni. Spodziewaliśmy się, że poziom glukozy spadnie podczas różnicowania, ponieważ komórki zaczynają dzielić się wolniej, a ich zapotrzebowanie na energię jest mniejsze – wyjaśniał doktor Khavari cytowany na łamach portalu www.naszesprawy.eu.
– Komórki wchodzą wówczas na ścieżkę starzenia się i – ostatecznie – śmierci. A mimo tego naukowcy zaobserwowali, że poziom glukozy znacznie wzrastał.
Wzrost stężenia glukozy w komórkach w trakcie procesu różnicowania potwierdzono też w doświadczeniach z radioaktywnymi lub fluorescencyjnymi analogami glukozy, które były wyłapywane przez komórki, jak również w doświadczeniach z biologicznymi „czujnikami” glukozy, które świecą na czerwono lub zielono w obecności biologicznie istotnych stężeń glukozy – gdy proces różnicowania posuwał się naprzód, komórki świeciły coraz mocniej.
Analogiczne obserwacje poczyniono w badaniach na innych typach komórek ludzkich (w tym rozwijających się komórkach tkanki tłuszczowej, kości i białych krwinek), a także na komórkach zmodyfikowanych genetycznie myszy, które produkowały fluorescencyjne czujniki glukozy.
– W każdej badanej przez nas tkance poziom glukozy rósł w trakcie różnicowania się komórek. Pokazuje to, że glukoza odgrywa główną rolę w różnicowaniu tkankowym w całym organizmie– powiedział Khavari.
Dodatkowe doświadczenia wykazały, że wzrost poziomu glukozy w komórkach był spowodowany zarówno nasileniem importu glukozy do komórek, jak i obniżeniem się jej eksportu poza komórki. Potwierdzono także, iż zmianom w stężeniu glukozy nie towarzyszyło nasilenie procesu rozpadu glukozy, typowe dla procesu produkcji energii.
Zdziwieni naukowcy przeprowadzili badania na organoidach (małe fragmenty tkanek imitujące organy) ludzkiej skóry hodowanych w laboratorium.
Gdy poziom glukozy w hodowli był zbyt niski, komórki organoidów nie były w stanie prawidłowo się różnicować w dojrzałe keratynocyty. Bardziej precyzyjne badania wykazały, że niski poziom glukozy wpłynął źle na aktywność ponad 3000 genów w komórkach hodowanych organoidów. Wiele z tych genów koduje białka, które – jak wykazały wcześniejsze badania – biorą udział w różnicowaniu komórek skóry.
Różnicowanie się komórek w organoidach zostało wznowione, gdy do hodowli wprowadzono analog glukozy, który nie może być metabolizowany przez komórki.To wszystko dowiodło, że rola glukozy w różnicowaniu się komórek jest niezależna od jej roli jako źródła energii w procesach metabolicznych.
– To był naprawdę największy szok, ponieważ byliśmy przekonani, że glukoza jest źródłem energii i niczym więcej. Ale analogi glukozy stymulują różnicowanie komórek tak samo dobrze, jak zwykła glukoza – mówił Khavari, cytowany w komunikacie towarzyszącym publikacji.
Naukowcy wykazali też w swoich eksperymentach, że poziom glukozy w komórkach wzrastał z powodu zwiększania się produkcji białka transportującego glukozę do wnętrza komórek. Po dostaniu się do środka glukoza wiąże się z setkami białek, w tym z białkiem IRF6, które powoduje wzrost aktywności wielu genów zaangażowanych w proces różnicowania.
Już wcześniej pojawiały się sugestie, że glukoza ma swoją „drugą twarz” – przypomnieli naukowcy. Wiemy na przykład, że komórki macierzyste zarodka, które mogą różnicować się w każdą komórkę w ciele, tracą tę zdolność, gdy są hodowane w obecności wysokiego poziomu tego cukru prostego.
Jest tak najprawdopodobniej dlatego, że zwiększony poziom glukozy pobudza komórki do różnicowania się i utraty ich pluripotencjalnych cech. Co więcej, osoby z wysokim poziomem glukozy z powodu cukrzycy często doświadczają upośledzonego gojenia się ran i regeneracji tkanek, ponieważ zaburzony jest u nich proces dzielenia się komórek tkanki łącznej – fibroblastów.
Ponadto, niektóre analogi glukozy okazały się obiecujące w badaniach przedklinicznych i klinicznych jako terapie przeciwnowotworowe. Choć zostały opracowane, aby pozbawić komórki rakowe energii, nowe odkrycia sugerują, że mogą one stymulować różnicowanie się komórek nowotworowych i pozbawiać je potencjału do nowotworzenia.
W opinii naukowców zrozumienie roli glukozy w procesie różnicowania się komórek i regeneracji tkanek może mieć implikacje dla leczenia cukrzycy, kiedy poziom cukru we krwi jest podwyższony, jak również dla leczenia nowotworów, których komórki są niedojrzałe i dzielą się w sposób bez kontroli.
Jak przypomniał Khavari, rak jest chorobą wynikającą z utraty zdolności komórek do różnicowania się w dojrzałą tkankę.
Najnowsze odkrycie może podważać prawdziwość powszechnie znanego przekonania, że wysoki poziom glukozy sprzyja rozwojowi raka, ponieważ dostarcza paliwa dla niekontrolowanego namnażania się komórek nowotworowych.
Opracowano na podstawie: https://naszesprawy.eu/rehabilitacja-zdrowie-i-nauka/glukoza-kontroluje-proces-regeneracji-tkanek-odkrycie-moze-zaowocowac-nowymi-lekami-na-raka/.