Исследователи составили карту кишечника человека
Существует множество индивидуальных различий, когда речь идет о здоровье, например, когда речь идет о побочных эффектах лекарств. Но насколько мы разные? Впервые лаборатория использовала целые пищеварительные тракты человека от трех доноров органов, чтобы показать, как различаются типы клеток во всех областях кишечника, пролить свет на клеточные функции и показать различия в экспрессии генов между этими клетками и между людьми.
Называемые "кишечником", толстая и тонкая кишка являются отдельными органами с уникальными функциями. Просвет кишечника (внутренняя часть кишечника) выстлан эпителиальными клетками (стволовыми и дифференцированными), которые обновляются каждую неделю и выполняют множество функций. "Наша лаборатория показала, что можно узнать функцию каждого типа клеток в таких важных процессах, как поглощение питательных веществ, защита от паразитов, производство слизи и гормонов, регулирующих поведение при кормлении и подвижности кишечника", — говорится в заявлении Скотта т. Магнесса, профессора кафедры биомедицинской инженерии UNC-NC и ведущего автора исследования.
Если физиологические функции различаются вдоль кишечника, то плохо известно, как линии различаются по оси тонкая кишка-толстая кишка. Кроме того, для определенных областей кишечника мало доноров, и поэтому анализ эпителия ограничен. "Такое исследование было бы равносильно тому, чтобы смотреть на Соединенные Штаты из космоса, но изучать только то, что происходит в Массачусетсе, Оклахоме и Калифорнии", — продолжил Магнесс.
До сих пор исследователи использовали биопсии для анализа общих характеристик типов эпителиальных клеток. В новом исследовании они взяли тысячи отдельных клеток из тонкой и толстой кишки, а затем изучили потенциальные роли этих клеток, используя экспрессированные гены.
Проанализировано 12 590 эпителиальных клеток
Исследователи провели полный анализ эпителия кишечника взрослого человека (включая двенадцатиперстную, тощую, подвздошную и восходящую, поперечную и нисходящую ободочную кишку), используя органы трех доноров. Сначала они удалили эпителиальный слой с полученных кишечных трактов. Затем они использовали ферменты, чтобы разделить эпителий на отдельные клетки.
В общей сложности, не менее 12 590 отдельных эпителиальных клеток от независимо обработанных доноров были оценены для формирования "клеточного атласа". Команда исследовала малоизученные линии клеток, такие как клетки Панета (PCs), BEST4+ клетки и фолликуло-ассоциированный эпителий.
Джозеф Берклафф, один из авторов , добавил: "Если вы посмотрите на кишечную слизь, которая представляет собой сложную смесь, которая защищает клетки, мы покажем, какие клетки экспрессируют различные белки муцина, в каком количестве и в каких областях пищеварительного тракта. Мы также рассмотрели, где экспрессируются специфические ферменты, которые переваривают пищу".
Транскриптомика отдельных клеток — или метод секвенирования — обеспечила беспрецедентное разрешение функций тканей на клеточном уровне. Этот метод приводит к идентификации активных генов в каждом типе клеток, что представляет собой очень большой объем данных, и позволяет обнаружить, как эти генетические различия изменяют клеточную идентичность и функции.
Клетки были отнесены к 25 группам эпителиальных линий. BEST4+ клетки демонстрируют различия в созревании между тонкой и толстой кишкой, а клетки Панета обладают широкой способностью взаимодействовать с иммунной системой. Дифференциальная экспрессия рецепторов и мишеней для лекарств между линиями выявляет различные биологические вариации и потенциал реакции.
Считается, что некоторые побочные эффекты со стороны желудочно-кишечного тракта связаны с экспрессией генов в эпителиальных клетках
Исследователи смогли заметить различия между типами клеток по всему пищеварительному тракту и даже разные уровни экспрессии генов в одних и тех же типах клеток у трех разных людей. Прорыв в понимании того, почему одни люди (а не другие) проявляют чувствительность к определенным препаратам.
Чтобы прояснить это, Магнесс и его команда рассмотрели пример препаратов для лечения воспалительных заболеваний кишечника, направленных на определенные иммунные клетки, которые вызывают воспаление. Оказалось, что некоторые эпителиальные клетки экспрессируют те же гены, что и иммунные клетки, на которые направлено действие лекарств. Таким образом, в эпителиальных клетках может возникнуть побочное повреждение "не по назначению", что приведет к побочным эффектам. "Многие лекарства имеют плохие побочные эффекты со стороны желудочно-кишечного тракта, и это может быть связано с тем, что лекарства воздействуют на отдельные клетки по всей длине пищеварительного тракта. Мы показываем, где эти рецепторы наиболее выражены и в каких типах клеток", — добавил Бурклафф.