O dietă sănătoasă pentru celulele stem Natura
Subiecte
Înțelegerea modului în care un aport scăzut de calorii încetinește îmbătrânirea ar putea revoluționa modul în care tratăm bolile legate de vârstă. O cheie potențială pentru astfel de tratamente ar putea fi îmbunătățirea mediului local al celulelor stem. A se vedea articolul p.490
Scăderea ingestiei de calorii, fără malnutriție, extinde durata de viață și favorizează îmbătrânirea sănătoasă la multe animale 1. Deși mecanismele care stau la baza acestor efecte sunt încă determinate, restricția calorică poate acționa, cel puțin parțial, prin păstrarea funcțiilor celulelor stem - celule capabile de auto-reînnoire și care au potențialul de a se dezvolta în tipuri de celule specifice organelor. 2,3,4. Două studii, unul realizat de Yilmaz și colab. 5 la pagina 490 din acest număr și un altul de Cerletti și colab. 6 in Cell Stem Cell, face lumină asupra modului în care restricția calorică ar putea influența longevitatea și sănătatea la șoarecii adulți. Deși o lucrare se concentrează asupra țesutului intestinal și cealaltă asupra mușchilor, ambele concluzionează că efectele benefice ale restricției calorice asupra funcției celulelor stem sunt mediate de modificări ale microambientului celulelor, nișa de celule stem.
Un jucător central în restricția de calorii este proteina mTOR (ref. 7). În asociere cu alte proteine, mTOR formează doi complexe cunoscute sub numele de mTORC1 și mTORC2. Complexul mTORC1 acționează într-o cale de semnalizare care reglează multe funcții celulare 8, incluzând traducerea ARN-urilor mesager în proteine, activitatea mitocondriilor (centrele centrale ale celulei) și autofagia (un proces prin care celulele își demontează și reciclează propriile componente). Restricția calorică inhibă activitatea mTORC1 și inhibarea experimentală a căii mTORC1 extinde durata de viață la drojdie, viermi, muște și șoareci 7. Rapamicina - un medicament care inhibă mTORC1 - promovează, de asemenea, longevitatea în mai multe organisme, inclusiv șoareci de vârstă mijlocie 9. Aceste descoperiri au condus la speculații că rapamicina ar putea imita restricția calorică și ar putea încetini progresia bolilor legate de vârstă la om 10 .
Yilmaz și colab. 5 oferă dovezi convingătoare că conservarea celulelor stem intestinale (ISC) prin restricție de calorii este un rezultat direct al semnalizării mTORC1 reduse. Interesant este că calea mTORC1 din cadrul ISC-urilor pare a fi cea mai importantă. În schimb, intervenția dietetică inhibă semnalizarea mTORC1 în celulele specializate adiacente numite celule Paneth; acest lucru duce la modificări ale microambientului local care îmbunătățesc funcția ISC și care duc la creșterea numărului de ISC și celule Paneth.
Când autorii cultivau ISC cu celule Paneth care fuseseră obținute de la animale cu restricții calorice, ISC erau mai susceptibile de a forma corpuri organoide - „mini-organe” care conțin celule stem și alte tipuri de celule tipice țesutului epitelial intestinal - decât atunci când au fost cultivate cu celule Paneth de la animale nelimitate. Cercetătorii au mai arătat că reglarea mediată de mTORC1 a Bst1 gena, care codifică o proteină care promovează proliferarea celulară în măduva osoasă, este esențială pentru aceste efecte. În consecință, restricția calorică a crescut Bst1 expresie în celulele Paneth.
Luând o abordare similară, Cerletti și colab. 6 au constatat că restricția calorică a crescut numărul și potențialul regenerativ al celulelor stem ale mușchilor scheletici (MSC, cunoscute și sub numele de celule satelit) la șoareci tineri și vârstnici. După trei luni pe o dietă cu calorii reduse, animalele au avut mai multe MSC pe fibră musculară decât au controlat șoarecii. Mai mult, MSC ale animalelor tratate au arătat o capacitate regenerativă sporită atunci când au fost transplantate în mușchii răniți ai animalelor netratate. Prin urmare, restricția de calorii pare să exercite cel puțin unele dintre efectele sale asupra funcției MSC în mod direct. Astfel de efecte pot fi mediate de modificări ale activității mitocondriale. Mitocondriile folosesc oxigen pentru a genera energie, iar autorii au observat că MSC de la șoareci cu restricție calorică au avut mai multe mitocondrii și o rată de consum mai mare de oxigen decât au făcut MSC de la animalele de control.