Кето – высоко жировая и низко-углеводная диета, имитирующая положительные эффекты голодания (активация оси NAD+ > Sirt1 > PGC-1α) без катаболической части. Я довольно много касался метаболической составляющей вопроса, неврологической и даже клеточных механизмов, а вот до иммунологии не доходило.
Немного о CD4+ клетках
Т помощники (T helpers, Th далее) – это клетки адаптивной иммунной системы. Не менее корректный термин CD4+ (CD4 positive). Th активируются антиген презентующими клетками в во вторичных лимфоидных органах и помогают организму выработать ответ, специфичный патогену.
Патогены бывают разными, поэтому у CD4+ клеток есть свои подтипы, вырабатывающие свои клеточные химические сигналы:
Th1, основной цитокин интерферон гамма (IFN-γ), эти клетки связаны противодействием интрамолекулярным бактериям (например, Mycobacterium tuberculosis), которые умело противодействуют деградации и фагоцитозу, будучи внутри макрофагов; IFN-γ в том числе активирует функцию фагоцитоза, помогая «переварить» патоген;
Th2, основные цитокины: IL-4, IL-5, IL-13; Интерлейкин-5 активирует эозинофилы (гранулоциты), которые выпускают гранулы, помогающие уничтожать паразитов. IL-4 и IL-13 действуют на кишечник, увеличивая выработку мукуза (слизи) и увеличивают мотильность кишеника.
Th17, основной цитокин: IL-17; этот цитокин помогает сражаться с экстраклеточными патогенами (грибками, бактериями), привлекая в воспаленные ткани нейтрофилы и моноциты (в будущем макрофаги), которые их фагоцитируют. Также Th17 стимулирует клетки эпителия выделять так называемые дефенданты, естественные антибиотики, которые связываются с бактериями снаружи кожных покровов.
Все перечисленные выше цитокины – про-воспалительные и могут быть связаны с иммунными проблемами: будь то аутоиммунные заболевания (Th1, Th17) или аллергии (Th1, Th2).
Treg – это СD4+ клетки, регулирующие силу и продолжительность иммунного ответа. Чрезмерная активность Th1 может привести к образованию гранулём (куча МФ, окруженных Тh1 кольцом). Чрезмерная активность Th17 может привести к урону тканям, например.
Th17, IL-17 и аутоиммунные заболевания
Первое же заболевание, которое ассоциируется с IL-17 – это, конечно же, псориаз. Другие заболевания, которые ассоциируются с IL-17: ревматоидный артрит, анкилозирующий спондилит (болезнь Бехтерева), болезнь Крона, рассеянный склероз и некоторые другие.
Довольно много шума наделал не так давно секукинумаб компании Новартис, моноклональное антитело к IL-17 (он же IL-17A). «Маб» в конце действующего вещества обозначает monoclonal antibody (моноклональное антитело), молекулы, связывающиеся с профильными антителами и влияющие на секрецию цитокинов.
С моноклональными антителами есть 2 большие проблемы:
Цена (разработка нового лекарства обходится фарме в среднем в 2-5 млрд долларов), за что фарма попросит заплатить потребителя;
Недостаточная изящность работы. Мы подавляем основной цитокин Th17, что равно большему шансу экстраклеточных инфекций (бактериальных, кандидоза итд). Что подтверждается исследованиями самой Novartis.
Кето, IL-17 и псориаз
Довольно часто оказывается, что среда, образ жизни и даже диета могут быть регуляторами иммунного ответа.
Исследователи взяли 28 детей с эпилепсией неясной формы + контрольную группу.
До и после замеряли интересные маркеры воспаления.
После кето снизилось количество Th17 клеток и повысилось количество Treg.
С более детальными маркерами не менее интересно:
IL-17A. Основной про-воспалительный цитокин Th17, его концентрация на кето у детей-эпилептиков заметно снизилась. Самый важный результат, позволяющий говорить о кето как о противовоспалительной диете.
Foxp3. Основной оркестрирующий белок Treg. Его рост на кето говорить об увеличении функции Treg.
RORγt. Транскрипторный фактор, важный для дифференциации Th17. Его снижение на кето – в большей части случаев можно расценивать противовоспалительный эффект.
GITR. Белок, который выражают Treg, растет на кето.
CTLA-4. Белок Т-клеток, связывающийся с дендритными клетками таким образом, чтобы те, не могли активировать Т-клетки. Подробнее в профильной заметке. Больше CTLA-4 – больше деактивации и анергии Т-клеток.
Подавление IL-17A, RORγt – цели фармакологический терапий для аутоиммунных заболеваний.
Выводы
Кето подавляет функцию Th17 и усиливает функцию Treg, что может быть полезно при псориазе, ревматоидном артрите, болезни Бехтерева, болезни Крона и некоторых других аутоиммунных заболеваниях.
При этом мы ничего не блокируем моноклональными антителами, оставляя организму простор для саморегуляции;
Эффект иммуннодепрессанта – это всё это обоюдоострый меч. Вероятно даже с кето.
Дендритные клетки – часть иммунной системы организма. Их сооткрывателем и открывателем ряда их ключевых функций был Ральф Штейнман [1,2], за что в 2011 году он получил Нобелевскую премию. По воле случая получилось так, что доктор Штейнман был единственным, кому Нобелевская премия досталась посмертно (сама по себе премия присуждается живым людям). Казус заключался в том, что смерть господина Штейнмана и объявление о присуждении ему премии произошли в один день (в пятницу), но о смерти было объявлено только в понедельник. Комитет Нобелевской премии решил, что технически на момент объявления победителя доктор Штейнман был жив, и ситуацию не стали «переигрывать».
Дендритные клетки (Dendritic cells, DCs) получили свое название за внешнюю схожесть с дендритами нейронов. Они являются частью врожденного иммунитета и играют важную роль в активации адаптивного иммунитета.
Цель заметки – раскрыть базовые принципы активации Т-клеток дендритными клетками и познакомить читателя с необходимой терминологией.
Pathogen-associated molecular patterns (PAMPs) и pattern recognition receptors (PRRs);
Небольшой фокус на дендритных клетках и интерфероне I типа.
Коротко о разных видах клеток адаптивной иммунной системы;
Дендритные клетки и их функции:
Antigen presenting cells и активация Т-клеток;
MHC-белки и пептидные «сигнатуры» микробов;
Разница MHC I и MHC II;
Активация дендритных клеток молекулярными паттернами микробов;
CCR7 (рецептор хемокина 7) и миграция в дендритных клеток в лимфоузлы;
Циркуляция наивных Т-клеток и попадание их в лимфоузлы;
Презентация антигена дендритными клетками и принцип «двойного рукопожатия»;
Активация, экспансия и деактивация Т-клеток.
Рассказ не хочется ограничивать исключительно нюансами функций DCs. Хочется, чтобы эта информация накладывалась на какую-то базу о работе иммунной системы. При этом попытки охватить все и сразу не будет. Комплиментарная система, подробности создания и работы антигенов, активация B-клеток и многого-много другого в заметке не будет.
Врожденная иммунная система
Innate immune system (врожденный иммунитет) – мгновенно реагирует на заранее определенное и небольшое количество патогенных паттернов;
Adaptive immune system (адаптивный иммунитет) с задержкой реагирует, но на любое антитело. В последствии запоминая антитело, и в последующие разы реактивно на него реагируя.
Основной клеточный состав врожденной иммунной системы:
Циркулирующие в крови клетки:
Нейтрофилы, фагоцитируют бактерии, но быстро погибают (в течение часа), секретируют цитокины итд;
Моноциты, преобразовываются в макрофаги при попадании в ткани;
Дозорные клетки (sentinel cells):
Маркофаги, фагоцитоз микробов и мертвых клеток (в основном нейтрофилов), секретируют цитокины, несколько месяцев жизни итд;
Тучные клетки (mast cells), секретируют цитокины, гистамины итд;
Дендритные клетки, запускают антивирусный ответ, активируют Т клетки итд.
Дозорные клетки находятся в тканях и реагируют на микробы после пересечения последними эпителиальных барьеров кожи и кишечника.
Циркулирующие клетки иммунной системы находятся в крови. И при воспалении попадают в нужные ткани.
Примерный порядок активации врожденного иммунитета:
Микробы пересекают эпителиальные барьеры;
Рецепторы дозорных клеток опознают «непрошенных гостей»;
Дозорные клетки секретируют провоспалительные цитокины;
Цитокины связывают на рецепторах эндотелия;
Что активирует молекулы адгезии внутри сосудов;
Различные молекулы адгезии с разной аффинитивностью связываются с соответствующими лигандами на поверхности циркулирующих иммунных клеток:
Например, e-selectin связывается с низкой аффинитивностью с лингадом e-selectin на нейтрофилах, что затормаживает их движение;
I-CAM связывается с высокой аффинтивностью с LFA-1 белком иммунной клетки, что останавливает иммунную клетку;
После полной остановки иммунные клетки просачиваются с воспаленную ткань и начинают все доступными им способами уничтожать микробы;
Первыми приходят нейтрофилы, фагоцитируют бактерии и через пару часов погибают сами; За ними приходят моноциты, превращаются в макрофаги и «подъедают» остатки трупов как микробов, так и нейтрофилов.
Остается вопрос: как дозорные клетки врожденного иммунитета опознают микробы?
Бактериальные (в большей степени на поверхности клетки):
Паттерны Грам-отрицательные паттерны:
Липополисахариды (LPS) клеточной стенки;
Флагеллины («жгутики» для перемещения);
Паттерны Грам-положительных бактерий:
Флагеллины;
Тейхоивые кислоты;
Пептидогликаны
Бактерии уничтожаются при помощи фагоцитоза и разрушения их клеточной стенки.
Цепочка будет такой: бактерия связывается с PPRs на поверхности клетки (так называемые TLRs toll like receptors) → димеризация рецепторов и запуск цепочки внутриклеточных сигналов ˧ деактивация ингибитора Nf-Kb → выраженность транскрипторного фактора Nf-Kb → клеточные изменения, в частности секреция цитокинов TNFα и IL-1.
Плазмоцитоидные дендритные клетки и антивирусный ответ
С вирусами ситуация чуть интересней, и тут к нам возвращаются дендритные клетки.
Дендритные клетки реагируют на вирусные PAMPs секретированием интерферонов 1 типа. INF type 1 приводят клетки (например, эпителия) в противо-вирусное состояние. Которое заключается в большей подверженности апоптозу зараженными клетками, выраженности белков/ферментов, которые мешают вирусу размножаться и которые могут наносить урон ДНК/РНК вируса.
Сами клетки в противовирусном состоянии также способны секретировать INF type 1.
Дендритные клетки
Необходимые вводные закончились, пора приступить к antigen presenting cells. К антиген презентующим клеткам относятся дендритные клетки, макрофаги и B-клетки.
В дальнейшем речь будет идти о том, как DCs активируют Т-клетки адаптивной иммунной системы.
Т-клетки, MHC I и MHCII
Т клетки своими рецепторами могут воспринимать только пептиды, представленные им на MHC белках антиген презентующих клеток.
MHC II
Отвечает за бактерии;
Дендритные клетки интернализируют бактерии, уничтожают их в лизосомах, в итоге мы получаем пептидную «сигнатуру» бактерии;
MHC с пептидом отправляется к мембране;
MHC II связываются с рецепторами CD4+ клеток (T helpers, которые активируют B-клетки и клетки врожденной иммунной системы;
MHC II есть у антиген презентующих клеток.
MHC I
Отвечает за вирусы (тему опухолей пропустим);
Вирусный белок проходит юбиквинацию и становится доступных протеазам;
Протеаза «расщепляет» вирусный белок до пептидов;
Вирусный пептид с помощью транспортера TAP попадает в эндоплазматический ретикулум, откуда с MHC I комплексом попадает на мембрану;
MHC I активирует CD8+ клетки (цитотоксичные T клетки, которые уничтожают зараженные вирусы;
MHC I есть у большинства клеток, что объясняется особенностью вирусов.
Дендритные клетки. Активация и миграция в лимфоузлы
Для активации дендритных клеток должно произойти 2 события:
MHC белок с пептидом микроба на поверхности клетки (значит он был так или иначе интернализирован и расщеплен до пептидов);
PAMP рецепторы дендритных клеток должны быть активированными микробами;
При выполнении двух этих условий дендритные клетки выражают CD80/CD86 (подробнее чуть позже) и CCR7 (хемокин рецептор 7), выраженность которого приводит к тому, что DCs мигрируют в лимфососуды и по ним попадают во вторичные лимфо-органы. В частности, в лифмоузлы, где в межмембранном пространстве встречаются с Т-клетками.
Дендритные клетки активируют Т клетки
Т-лимфоциты путешествуют по крови по попадают с мемфоликулярное пространоство лимфоузлов при помощи кровотока и так называемых High endothelial venules (HEV).
Дело в том, что Т-клеток, аффинитивных определенному антигену, очень немного. Поэтому они путешествуют по организму, заходя ненадолго в лимфоузлы, куда активированные дендритные клетки попадают из тканей.
Для активации Т-клеток должно пройти 2 сигнала:
Сигнал 1. Антиген должен связаться с рецептором Т-клетки (нужна Т клетка с необходимой аффинитивностью рецептора;
Сигнал 2. Костимулирующие молекулы должны соединиться. Это B7-1 (CD80) и B7-2 (СD86) на стороне DCs и CD-28 на стороне Т-клеток.
Сигнал 1 без сигнала 2 приведет к апоптозу или анергии (угасание активной иммунной функции) Т-клетки.
После активация Т клетки проходят clonal expansion, активно делятся, их становятся десятки тысяч в случае с CD4+ и даже сотни тысяч в случае CD8+. Плюс Т-клетки после активации приобретают некоторые полезные фукнции.
Я опущу вопрос активации B-клеток Т-клетками, вопрос более глубокой функции T helpers и T killers. Остановлюсь только на активации Т клеток. В ткани они попадают примерно также, как циркулирующие в кроки клетки врожденной иммунной системы (см выше).
Деактивация Т-клеток
Любое воспаление (особенно цитотоксичное) чревато последствиями для организма. И этот процесс на уметь «тормозить».
В лимфоузлах это за это отвечает белок CTLA4 на Т-клетках, который связывается вместо CD28 с B7-1/B7-2. Это приводит к тому, что во время активации у нас будет только сигнал 1 и Т клетка будет неактивной.
Ткани (и опухоли) выражают PD-1 лиганд (PD-1, programmed death), который связывается с PD-1 белком Т-клеток, что приводит к их exhaustion (истощению), то есть деактивации.
Моноклональные антитела, подавляющие функции CTLA-4 и PD-1, одно из последних слов в борьбе с раковыми заболеваниями.
Выводы:
Дендритные клетки активируются двумя сигналами:
MHC белком на мембране, на котором будет пептидный антиген;
PAMPs микробов связывается с рецепторами DCs;
Активированные дендритные клетки выражают CCR7, что позволяет им мигрировать через лимфо-сосуды в лимфоузлы и «искать» в междфоликулярном пространстве нужную Т-клетку;
Активация Т-клеток включает в себя 2 сигнала:
Сигнал 1 MHC с пептидом (антигеном) связываются с нужным TCR (T cell receptor);
Сигнал 2, костимуляция CD86/CD80 DCs с CD28 Т-клеток;
При наличии только сигнала 1 Т-клетки подвергаются апоптозу или анергии;
После активации начинается экспансия и дифференциация Т-клеток, которая является одним из компонентов ответа иммунной системы.
Персистентность лактазы или восприимчивость лактозы – генетическая черта, возникшая у людей 2-20 тысяч лет назад. Этой чертой обладают около 35% людей.
Зачастую речь идет о том, почему существует невосприимчивость лактозы. Приводится логичный аргумент, что отказ взрослых особей от детской еды исключает конкуренцию за продукты между детьми и родителями – и как следствие дает виду эволюционное преимущество. И тогда вопрос лактозы разворачивается в сторону рассуждений о том, что дает переносимость лактозы. Забегая вперед, скажу, что это корректная точка зрения. Способность взрослых «переваривать» молочную продукцию – недавнее приобретение человечества.
Лактоза – дисахарид, состоящий из глюкозы и галактозы. В кишечнике его распад до моносахаридов катализирует фермент лактаза.
Персистентность лактазы и немного базовой генетики
Фермент лактазу кодирует LCT ген.
Я вкратце напомню центральную догму генетики: из ДНК при помощи транскрипции получается РНК. Затем из РНК при помощи трансляции получается белок. И из всего нашего генома меньше 2% отвечает за кодировку белков.
По отношению к гену (перед участком начала транскрипции) есть так называемый регуляторный участок (regulatory region), включающий в себя promoter (близко к началу транскрипции) и enhancer (несколько подальше).
Enhancer и promoter не влияют на функцию белка (в том числе фермента), но они влияют на количество ДНК, которую будет транскриптировано в РНК.
Типичная вариация для людей -13910C приводит к тому, что люди с возрастом теряют способность транскриптировать ДНК LCT гена, кодирующего лактазу.
Технически корректный термин неперсистентность лактазы (lactase nonpersistance). Персистетность – грубая калька с английского, но я ее оставил, так как слово обозначает и стойкость и продолжительность эффекта по времени одновременно.
На рисунке выше [2] карта распространения вариации -13910T, которая дает нам персистетность лактазы (lactase persistance), то есть экспрессию LCT гена, кодирующего лактазу, в зрелом возрасте. Как видите, это не самая распространенная мутация/вариация. И в целом черта восприимчивости лактозы есть только у 35% людей.
Эволюция и персистентность лактазы. Опять немного базовой генетики
Хромосомы во время мета-фазы I мейоза проходят усиленную рекомбинацию. Однако есть как участки повышенной рекомбинации (recombination hotspots) и устойчивые к рекомбинации участки. Речь идет о так называемой linkage disequilibrium (неравновестности сцепления). Это приводит к тому, что некая черта (в данном случае персистентность лактазы) сохраняется из поколения в поколение. Это может быть обосновано положительным отбором, структурными особенностями этого участка генома, эпигенетикой итд.
Тем не менее процессы рекомбирации при мейозе сохраняются и участок linkage disequilibrium, окружающий нашу вариацию, уменьшается до размеров стандартного гаплоблока (haploblock) – это 10-20 килобаз (Кбаз, 10-20 тысяч пар нуклеотидов).
Размер участка неравновесности сцепления говорит нам о давности той или иной черты в популяции.
Размер участка linkage disequilibrium у вариаций восприимчивость лактозы – 2 Мбаз или 2 000 Кбаз, в 100-200 раз больше, чем размер стандартного гаплоблока. Эти размеры говорят нам о положительном отборе вариации и о нее «свежести».
Персистентность лактазыпоявилась всего 2-20 тысяч лет назад. И это одна из самых недавних подобных черт, судя по размеру участка linkage disequilibrium.
Поэтому совершенно нормально, что кто-то во взрослом возрасте не может переносить молочную продукцию.
Эволюционно положительный отбор этой черты объяснить просто. При переходе от охоты и собирательства к производству продовольствия молочная продукция – надежный (даже по сравнению с самим сельским хозяйством) источник белковой пищи и нутриентов. Способность переваривать молочную продукцию во время зачатков сельского хозяйства дает очевидные преимущества.
Вариации и персистентность лактазы
-13910T – самая изученная вариация, Северная Европа, Западная Африка, Ближний Восток; чаще всего персистентность лактазы тестируют при помощи этой вариации, что не всегда корректно, но для людей европейского происхождения это скорее всего так, мы можем ограничиться тестом на 1 эту вариацию;
-14010C, -13907G, -13915G – полиморфизмы Восточной Африки: Танзании, Судана и Кении;
Ряд тибетских вариаций [4] и так далее.
Как видите (по номеру), все эти вариации находятся в enhancer части LCT гена.
Персистентность лактазы. Выводы
Невосприимчивость лактозы во взрослой жизни – норма, ситуация стала драматически меняться всего 2-20 тысяч лет назад;
Персистеность лактазы / неперсистентность лактазы – технические правильные термины, так как речь идет о выраженности LCT гена, корирующего фермент лактазу, который катализирует «расщепление» лактозы до глюкозы и галактозы;
Персистеность лактазы зависит от enhancer вариаций LCT гена, нужными для восприимчивости лактозы мутациями обладает лишь 35% населения Земли;
-13910T – самая распространенная вариация, дающая «белым людей» возможность «переваривать» лактозу.
Заметка была написана исходя из того, что кломифен – эффективный блокатор эстрогеновых рецепторов, что позволяет простимулировать ось гипоталамус-гипофиз-гонады и как следствие повысить уровень ЛГ / тестостерона / некоторых параметров спермы.
Две новых вводные:
личный опыт;
уточнение научных данных;
Кломифен. Личный опыт
Я употреблял Клостилбегит компании EGIS по 25 мг (полтаблетки) через день, 3 употребления до отмены. Как оказалось, можно и нужно было начинать с 12,5 мг (четверти таблетки).
Общий уровень сил и жизнерадостности повысился. Не очень сильно, но достаточно, чтобы я это заметил. Девушки стали гораздо притягательнее и так далее. Традиционный набор субъективных изменений, характерных для повышения уровня тестостерона.
Незамеченным вначале минусом оказалась слабость эрекции. Либидо (желание) было повышенным, утренние эрекции были стабильными, чувствовал себя прекрасно. Но как “дошло до дела” – столкнулся с “полувялой” эрекцией и сниженной чувствительностью полового органа.
Моя личная особенность в том, что я очень чутко ощущаю всё, что влияет на потенцию, эрекцию, ощущения от полового акта. Например, у многих моих знакомых основной эффект каберголина ноотропный. Для меня же каберголин был ознаменован “чудовищными” (в хорошем смысле) эрекцией и оргазмами.
Симптомы “вялой” эрекции хорошо бьются с нарушением баланса эстрогенов в организме. Анекдотические данные из интернета косвенно подтвердили то, что у части мужчин реакция на кломифен, подобная моей.
Кломифен и его изомеры
Самая общая литература по эндокринологии несколько невнятно описывала ситуацию: кломифен может быть как агонистом, так и антагонистом эстрогеновых рецепторов.
Энкломифен, Т 1/2 = 7 часов, мощный антагонист эстрогеновых рецепторов, как раз стимулирует ось ГГГ по вышеописанной схеме;
Зукломифен, Т 1/2 = 14 дней, агонист (а не антагонист) эстрогеновых рецепторов, повреждает тестикулярную ткань, вредит производству спермы. Как раз может вызывать симптомы подобные мне.
Эта картинка отлично бьется и с моими симптомами, и с тем, что после отмены препарата качество спермы может снизиться ниже изначального уровня, а затем восстановиться.
Я отменил кломифен, добавил 30 мг цинка в день (200% нормы, слабый ингибитор ароматазы). Через неделю вернулся в норму.
Кломифен. Обновленные выводы:
У кломифена есть 2 активных изомера, действие которых нужно учитывать при терапии:
Энкломифен – антагонист рецепторов эстрогена, связан с положительными эффектами кломифена;
Зукломифен – агонист рецепторов эстроген, связан с эстрогено-подобными возможными нежелательными явлениями;
Эстрогены мужчины получают из тестостерона. Повышение уровня тестостерона за счет стимуляции ГГГ само по себе может сместить баланс тестостерона/эстрогена, что может (как в моем случае) отразиться на силе эрекции.
Можно ли было в моем случае смодулировать ситуацию ингибиторами ароматазы – вопрос без ответа. Лично мне придется искать другой путь борьбы с возрастным снижением тестостерона.
Стволовые клетки справедливо вызывают большой интерес. Jesaul поднимал интересный вопрос: как «заставить» ткани регенерироваться, то есть стволовые клетки дифференциироваться. Конкретных ответов не будет, но более общие закономерности рассмотрим на примере статьи Mitochondria and the dynamic control of stem cell homeostasis.
Логика довольно простая:
Митохондрия – «энергостанция клетки» с высоко мутагенным и небольшим набором ДНК (мтДНК), кодирующим белки дыхательной цепи, которые создают АТФ;
Митохондрия – это сенсор окружающей среды, позволяющий организму чутко реагировать на изменения в окружающей среде;
Плурипотентные стволовые клетки (PSCs) – это предки как зрелых стволовых клеток (hematopoietic stem cells, HSCs, mesenchymal stem cells, MSCs, neural stem cells, NSCs итд), так и предки всех клеток в принципе;
Стволовые клетки могут быть в двух состояниях:
Самовоспроизведение;
Дифференциация (сначала в зрелые подвиды, затем в клетки).
Как несложно догадаться, митохондриальные сигналы играют очень важную роль в дифференциации (и смерти) стволовых клеток;
Одновременно с этим функции митохондрий могут подчиняться общим задачам клетки.
Давайте договоримся, что если не указано иное, то речь идет о PSCs, самом общем предке всех стволовых клеток.
Стволовые клетки и глюкоза
Митохондрия дает нам возможность окислительного метаболизма, который позволил существовать всему многообразию сложной многоклеточной жизни.
Нюанс в том, что стволовые клетки полагаются на гликолиз как на основной источник энергии. И практически не используют окислительный метаболизм. Объяснить это очень легко. Окислительный метаболизм всегда подразумевает реактивные виды кислорода, который могут нанести урон ДНК стволовой клетки. Нарушение целостности ДНК (допустим, разрыв двойной спирали и инверсионная «склейка», задом наоборот) PSCs может привести патологии клеток, получаемых в результате дифференциации.
Также в заметке о глюкозе я писал, что пути метаболизма глюкозы не ограничиваются гликолизом (анаэробный процесс, с продуктами в виде пирувата, АТФ и NADH). Альтернативный путь метаболизма глюкозы – пентозо-фосфатный путь (PPP), в ходе которого мы получаем пяти-углеродные (C:5) сахара, которые являются структурными компонентами ДНК/РНК, а также получаем NADPH, который тратится в реакциях восстановления.
В итоге получаем, что упор на глюкозу дает нам поддержание целостности ДНК за счет: отсутствия реактивных видов кислорода, пентозо-фосфатному пути. И не надо забывать, что углеродные основы пирувата (C:3) могут быть утилизированы самым широким образом (синтез амино-кислот, ацетил-коА, липидов итд).
Стволовые клетки и смерть
Напрашивается очевидная параллель между клетками рака и стволовыми клетками. Разница в том, что раковые клетки «отказываются» умирать и стараются выжить, а ошибка в ДНК стволовых клеток может быть плачевной для организма. Поэтому стволовые клетки очень чувствительными к сигналам клеточной смерти, запускающих апоптоз.
Сигналы апоптоза могут быть внешними (что-то связывается с рецепторами мембраны клеток) и внутренними (высвобождение цитохрома ц митохондриями). Стволовые клетки занимаются митохондриальными праймингом. Приоритизируют сигналы апоптоза, исходящие от митохондрий.
На морфологии митохондрий подобные задачи также отражаются. Форма не такая вытянутая, как у зрелых митохондрий, почти нет крист с дыхательными комплексами для окислительного фосфорилирования, сильнее выражены белки, связанные с апоптозом.
Отличия от раковых клеток очевидны: стволовые клетки могут дать богатое потомство или воспроизводить себя – им важно убедиться в том, что клеточное потомство будет здоровым, ради чего готовы погибнуть в любой момент. Раковые клетки хотят лишь выжить любой ценой и к сигналам клеточной смерти они стараются быть нечувствительными.
Митохондрии и стволовые клетки
Мы уже разобрались с тем, что митохондрии важны для PSCs, хочется теперь понять какие клеточные сигналы, связанные с митохондриями, могут повлиять на стволовые клетки.
Кислород – это очевидные ответ. Кислород (и реактивные виды кислорода) играет важную роль в самообновлении и клеточной дифференциации. Например, реактивные виды кислорода могут активировать nucleus respiratory factor 2, что вызовет дифференциацию стволовых клеток. Даже для активации HIF-1a (состояния гипоксии) митохондрии кластеризуются вблизи ядра.
Кальций – второй очевидный ответ. Кальций способствует выработке АТФ в процессе OXPHOS. Его эффлюкс может привести к метаболическому кризису и разбуханию митохондрий, а его избыток может привести к открытию пор митохондрий и высвобождению смертоносного цитохрома Ц.
Метаболиты цикла Кребса – куда менее очевидные ответ.
Цитрат может покинуть митохондрию, быть восстановлен до ацетил-коА в цитозоле и влиять на ацетилирование гистонов ДНК. Соответственно, и на выраженность генов.
α-кетоглюкорат, попадая в ряд, используется Ten-Eleven Translocation белками для метилирования ДНК (а значит и для подавления транскрипции участка). Также α-кетоглюкорат используется для деметилирования гистонов. Гипометилирование ДНК – известные признак PSCs, это необходимо для поддержания плурипотентности клетки.
NAD+ > Сиртуины. Известная нам по кето метаболическая ось приводит к деацетилированию ДНК и silencing транскрипции ДНК.
AMPK – Аденозин монофосфат протеин киназа. Фермент, который активирует избыток АМФ, он же недостаток АТФ. АМПК также способствует плурипотентности PSCs.
Итог. Я не обещал конкретных решений. Хотя для особо увлекающих темой ЗОЖ направления уже могут быть понятны.
