Каждый раз, когда мы глотаем пищу, клетки, выстилающие кишечник, должны внезапно и драматично активизировать свою активность. Согласно новому исследованию Института науки Вейцмана, опубликованному в журнале Science, они справляются с этой задачей наиболее экономичным способом.
В бизнесе или технике, когда нужно быстро запустить производство, принимаются мгновенные решения. Это может включать в себя мгновенную трату всех ресурсов на увеличение производства с помощью существующего оборудования или же сначала трату всех этих ресурсов на оснащение завода подходящим оборудованием. Последний может показаться менее эффективным методом производства, но на самом деле в некоторых случаях он может значительно ускорить процесс. Доктор Шалев Ицковиц и его команда из отдела молекулярной клеточной биологии Вейцмана обнаружили, что именно этот метод применяется для выстилки стенок кишечника.
Эта выстилка представляет собой один слой вытянутых клеток, которые с одной узкой стороны соприкасаются с пищей, а с другой - с током крови. Таким образом, они поглощают питательные вещества с одной стороны и выделяют их в кровь с другой. Ученые обнаружили, что две стороны клетки различаются по составу матричной РНК, или мРНК: около 30 процентов генов, экспрессируемых в кишечнике, продуцируют мРНК, которые появлялись либо на одной, либо на другой стороне клетки. Было также обнаружено, что две стороны различаются по содержанию машин, производящих белок, называемых рибосомами: количество рибосом на стороне, обращенной к пище, было вдвое больше, чем на стороне, обращенной к кровотоку; в результате производство белков на этой стороне было намного более эффективным.
Ученые также обнаружили, что всякий раз, когда пища попадает в кишечник, клетки слизистой оболочки кишечника немедленно реагируют, увеличивая производство рибосом, особенно в той части клетки, которая обращена к пище. С этой целью клетка отправляет в область, обращенную к пище, большое количество мРНК, несущих генетический код для создания рибосом. Затем эта часть клетки становится своего рода интенсивным производственным цехом, производящим белки, необходимые для переработки пищи.
Ицковиц объясняет: «Большую часть дня и ночи клетки слизистой оболочки кишечника просто слоняются без дела, но как только появляется пища, они должны немедленно вступить в действие. Генерируя новые молекулы мРНК из ДНК, чтобы сделать новые белки заняли бы у клеток около получаса. Вместо этого они могут увеличить производство определенных белков в течение нескольких минут, перемещая молекулы мРНК, кодирующие соответствующие белки, в сторону клетки, богатую рибосомами. Эта стратегия позволяет им бороться с с доставкой еды быстро и эффективно."
В дополнение к открытию новых исследований в области «экономики» клеток, результаты могут иметь медицинские последствия, поскольку слизистая оболочка кишечника играет важную роль как в поглощении питательных веществ, так и в защите организма. Теперь возможно исследовать, может ли неспособность мРНК перемещаться в нужную часть клетки или отсутствие баланса между мРНК в областях с высокой и низкой продукцией клетки может играть роль в таких заболеваниях, как колите и болезни Крона, а также, возможно, при раке кишечника.