Молекуларни телохранители на плодноста Општество Макс Планк

Нутритивна стерилитет

Истражувачката група на Кристијан Екман на Институтот за биологија и генетика на молекуларни клетки во Макс Планк во Дрезден неодамна опиша генетска програма кај нематоди C. елегантите, што компензира за квалитетни флуктуации во исхраната и со тоа го штити репродуктивниот капацитет на животните [1]. Генетската студија откри и нова неповратна стерилност предизвикана од диета што влијае само на репродуктивните клетки. Оваа стерилност станува видлива од една страна преку уништување на матичните клетки на герминативната линија и од друга страна во дефекти на диференцијацијата на женските репродуктивни клетки (Сл. 1).

Генетските докази за влијанието на исхраната врз онтогенезата на животните растат. Ова влијание се однесува на различни метаболички производи што се појавуваат во цревата. Покрај цревните клетки, цревните микроби имаат влијание и врз метаболизмот и се во состојба да произведат разни метаболички производи што можат да имаат негативно или позитивно влијание врз домаќинот. Во комбинација со диетата, цревните микроби можат да влијаат на огромен број процеси во повеќеклеточните клетки. Сепак, сè уште не е познато како исхраната и микробите влијаат на репродуктивниот капацитет на животните.

Сите лаборатории за истражување ширум светот користат како единствен извор на храна за C. елегантите специфичен Е.. коли-Бактериски сој (OP50). Изненадувачки, истражувачката група откри дека токму ова Е..коли-Вирус во отсуство на генетска активност на нуклеарниот рецептор nhр-114 Предизвикува стерилитет. Различни соеви на бактерии, вклучувајќи и туѓи Ешерихија коли-Тип, но не предизвика стерилитет (Сл. 1) Во потрагата по негативното својство на бактеријата OP50, истражувачите откриле дека најверојатно станува збор за метаболички производ што се формира како одговор на одгледување во стандарден медиум. Затоа што одгледување на „штетни Ешерихија коли-Бактериски сој “во медиум кој беше збогатен само со аминокиселина триптофан го потиснува негативното влијание врз репродукцијата на нематодата. Студијата сугерира дека активноста на нуклеарниот рецептор nhр-114-ти основана за заштита на герминативните клетки од токсични ефекти на слаб квалитет на храна или одредени метаболички производи.

Пропагира и се храни во природна средина C. елегантите на гнил храна, што само по себе има разновиден микробиолошки состав. Оваа микробиолошка комплексност доведува до заклучок дека нематодата е предизвикана од активноста на нуклеарниот рецептор nhр-114-ти достапен е широк спектар на храна без да се ризикува да се загрози континуираното постоење на населението преку истовремено внесување на лоши компоненти на храна.

Сл. 1: Ефекти поврзани со диетата врз развојот на ткивото на герминативната линија кај возрасните. Со нематодата C. elegans се хранат со разни видови на E. coli бактерии. Пресечената линија укажува на едно од двете постојни ткива на герминативната линија. На затворениот крај (обележано со sterвездичка) матичните клетки на герминативната линија се размножуваат. Разликувачките репродуктивни клетки (сперматозоиди и ооцити) се на отворен крај. Во зависност од достапноста на храната и отсуството на функционален нуклеарен рецептор nhr-114 (-), герминативното ткиво не развива никакви диференцирани јајце клетки, а матичните клетки на герминативната линија развиваат сериозни клеточни дефекти. На крајот на краиштата, поделбата на матичните клетки на герминативната линија запира и ткивото на герминативната линија кај возрасниот организам е значително намалено. Скала лента: 50 μm.

Сл. 1: Ефекти поврзани со диетата врз развојот на ткивото на герминативната линија кај возрасните. Со нематодата C. elegans се хранат со разни видови на E. coli бактерии. Пресечената линија укажува на едно од двете постојни ткива на герминативната линија. На затворениот крај (обележано со sterвездичка) матичните клетки на герминативната линија се размножуваат. Различните репродуктивни клетки (сперматозоиди и ооцити) се наоѓаат на нивниот отворен крај. Во зависност од достапноста на храната и отсуството на функционален нуклеарен рецептор nhr-114 (-), герминативното ткиво не развива никакви диференцирани јајце клетки, а матичните клетки на герминативната линија развиваат сериозни клеточни дефекти. На крајот на краиштата, поделбата на матичните клетки на герминативната линија запира и ткивото на герминативната линија кај возрасниот организам е значително намалено. Скала лента: 50 μm.

Развој и функција на ткиво на герминативната линија во телото

Герминативните клетки се од фундаментално значење за размножувањето на животните бидејќи само тие се специјализирани за пренесување геномски информации на следната генерација. Кај повеќето животни и луѓе, матичните клетки на герминативната линија се развиваат во ембрионална фаза. Во фаза на адолесценција, тие се развиваат во ткиво на герминативната линија преку поделба на клетките, во кое некои матични клетки на герминативната линија се трансформираат во репродуктивни клетки преку процесот на гаметогенеза. Само во фаза на возрасни, репродуктивното ткиво ја наоѓа својата рамнотежа и организмот е подготвен за репродукција преку производство на клетки на јајце клетки (ооцити) и сперматозоиди. Генетските студии со модели на организми покажаа дека нутриционистичкиот статус на животното силно влијае на оваа рамнотежа.

Со овошната мува Дрозофила меланогастер z Б. матичните клетки на герминативната линија се размножуваат многу добро со доволно снабдување со храна, додека нивната репродукција се покажува многу полоша со намаленото снабдување со храна и ткивото на герминативната линија е намалено во големина. Во нематодата C. елегантите може да се утврди слична динамична врска, која се контролира преку нервните сигнални патеки. Набationsудувањата на овие организми на моделот на безрбетници се во корелација со долгорочните студии на возрасни луѓе, според кои хранлива и разновидна диета може да ја зголеми плодноста кај жените.

Додека физичките дефекти можат да имаат негативно влијание врз здравјето на една личност, дефектите во герминативните клетки имаат потенцијал да ја инхибираат нивната целокупна репродуктивна подготвеност. Ова е особено проблематично кога се засегнати матичните клетки на герминативната линија. Бидејќи, иако се ембрионални, репродуктивните клетки се развиваат само од матични клетки на герминативните клетки во телото на возрасните. Затоа, ткивото на герминативната линија ја исполнува својата биолошка функција релативно доцна во животот на организмот. Во овој доцен момент, целото тело, вклучително и матичните клетки на герминативната линија и незрелите герминативни клетки, веќе било изложено на разни влијанија врз животната средина и исхраната. Затоа може да се претпостави дека се воспоставени генетски програми кои можат да ги заштитат герминативните клетки од неповратно оштетување од нутриционистички влијанија.

Рецептори на нуклеарни хормони како молекуларни заштитници

Еволуција на генетски програми

Организмите се развиваат и живеат во широк спектар на средини. Animивотните кои можат да јадат разновидна храна имаат предност во однос на популациите што можат да толерираат храна само во ограничен обем. Генетските програми кои го поддржуваат метаболизмот на различна храна го олеснуваат населувањето на нови територии. Балансирана исхрана и оптимално функционирање на герминативните клетки се двата главни фактори одговорни за успешна репродукција и опстанок на следната генерација. Бидејќи плодноста и репродукцијата се тесно поврзани со достапноста на храна, генетските одговори мора да еволуирале на таков начин што тие ја координираат рамнотежата помеѓу бројот на герминативни клетки и богатството и квалитетот на снабдувањето со храна (Сл. 2) Сепак, потребно е подобро молекуларно разбирање за тоа како исхраната е поврзана со репродуктивните матични клетки. Оваа тема е особено важна во однос на позадината на современите навики на јадење кај луѓето.

Сл. 2: Различни услови на животната средина (стрели) влијаат на составот на храната, што понатаму се метаболизира од микробите. Нуклеарните рецептори во цревата контролираат генетска програма што ги штити герминативните клетки од негативни метаболити. Ова може да ја зголеми плодноста и популацијата на животни може ефикасно да се шири и да се размножува во широк спектар на живеалишта.

Резултатите од студијата на Xicotencatl Gracida и Christian Eckmann создаваат основа за разбирање на нутритивните влијанија врз развојот на герминативните клетки. Резултатите покажуваат дека матичните клетки на герминативната линија се исклучително чувствителни на метаболички производи. Влијанието на исхраната игра на нивото на клеточниот и генетскиот интегритет, како и на правилното извршување на клеточната делба и диференцијација. Овие резултати во однос на квалитетот на храната се во спротивност со претходно претпоставените нутриционистички-физиолошки ефекти на количината на храната врз репродукцијата на матичните клетки на герминативната линија. Покрај тоа, набvationудувањето дека метаболизмот на бактериите кои служат како храна, исто така, влијае на репродуктивното ткиво на животните покренува важни прашања: Дали човечките цревни микроби имаат влијание и врз плодноста и слични генетски програми ги штитат герминативните матични клетки на цицачите?