الاقتصاد المعوي

اكتشف علماء معهد وايزمان آلية تسمح للخلايا المعوية بهضم الطعام بكفاءة وسرعة

في كل مرة نبتلع فيها الطعام، فإن الخلايا الموجودة في بطانة الأمعاء، والتي كانت نائمة حتى ذلك الحين، تزيد نشاطها فجأة وبشكل كبير. وفي دراسة جديدة أجراها باحثون في معهد وايزمان، والتي نشرت مؤخرا في المجلة العلمية علوموقد تبين أن هذه الخلايا تواجه التحدي بمساعدة استراتيجية معروفة في عالم الاقتصاد. على غرار المديرين أو المهندسين، يمكن لهذه الخلايا، من الناحية النظرية، أن تعمل بطريقتين: استثمار جميع الموارد في الإنتاج الفوري للبروتينات اللازمة لعملية الهضم، أو بدلا من ذلك، استثمار جميع الموارد أولا في الآلات والأدوات اللازمة لزيادة إنتاج البروتين. ومن المعروف في الاقتصاد والهندسة أنه في ظل ظروف معينة يكون النهج الثاني أكثر فعالية. الدكتور له إيتسكويتز واكتشف فريقه، في قسم البيولوجيا الجزيئية للخلية، أن هذا هو بالضبط النهج السائد في الغشاء المخاطي المعوي.

تتكون بطانة الأمعاء من طبقة واحدة من الخلايا الطويلة، التي تتلامس مع الطعام من جهة ومع الدورة الدموية من الجانب الآخر - وبالتالي تنقل العناصر الغذائية من جانب إلى آخر، من تجويف البطن إلى الدورة الدموية. . ووجد العلماء أن الجزيئات التي تسمى messenger RNA، والتي تحمل الشفرة الوراثية، موزعة بشكل غير متساو بين جانبي الخلية: حوالي 30٪ من الجينات المشاركة في النشاط المعوي تنتج messenger RNA الموجود على جانب أو آخر، ولكن ليس في الجانب الآخر. كلاهما. بالإضافة إلى ذلك، يختلف جانبا الخلية من حيث عدد الريبوسومات - الآلات الجزيئية لإنتاج البروتينات: ففي جانب الخلية المواجه لتجويف البطن، تم اكتشاف كمية مضاعفة من الريبوسومات مقارنة بجزء الخلية تواجه مجرى الدم. ونتيجة لذلك، فإن إنتاج البروتين المعتمد على الحمض النووي الريبوزي الرسول يكون أكثر كفاءة على الجانب المواجه للطعام.

واكتشف العلماء فيما بعد أنه عندما يدخل الطعام إلى الأمعاء، تتفاعل الخلايا الموجودة في البطانة على الفور عن طريق تكوين "معدات" جديدة - أي الريبوسومات - خاصة في جزء الخلية الذي يواجه الطعام. ومن أجل ضمان التركيز المناسب لهذه الآلات، ترسل الخلية إلى هذه المنطقة كميات كبيرة من الحمض النووي الريبي المرسال الذي يحمل الشفرة الوراثية لتكوين الريبوسومات. وبهذه الطريقة، يصبح هذا الجانب من الخلية نوعًا من مصنع الإنتاج النشط، الذي ينتج البروتينات الضرورية لعملية الهضم على نطاق واسع.

يوضح الدكتور إتزكوفيتس: "تبقى الخلايا الموجودة في بطانة الأمعاء غير نشطة معظم ساعات النهار والليل، ولكن بمجرد ظهور الطعام، يجب أن تبدأ العمل على الفور. فإذا أنتجت هذه الخلايا جزيئات RNA مرسال جديدة من أجل إنتاج العديد من البروتينات، فإنها تحتاج إلى حوالي نصف ساعة للقيام بذلك. ولكنها تفعل ذلك بطريقة تقصر العملية إلى حد كبير: فهي تزيد من إنتاج بروتينات معينة في غضون دقائق قليلة، عن طريق نقل جزيئات الحمض النووي الريبي المرسال ذات الصلة إلى منطقة الخلية الغنية بالريبوسومات. وبهذه الطريقة يمكنهم التعامل مع وصول الطعام بسرعة وكفاءة."

تبقى الخلايا الموجودة في بطانة الأمعاء خاملة معظم النهار والليل، ولكن بمجرد ظهور الطعام، فإنها تحتاج إلى بدء العمل على الفور. فإذا أنتجت هذه الخلايا جزيئات RNA مرسال جديدة من أجل إنتاج العديد من البروتينات، فإنها تحتاج إلى حوالي نصف ساعة للقيام بذلك. لكنهم يفعلون ذلك بطريقة تختصر العملية إلى حد كبير".

بدأ العلماء الدراسة بعد أن لاحظوا أن بعض جزيئات الحمض النووي الريبي المرسال تتراكم في بطانة الأمعاء في الجزء المواجه للخارج من الخلية، بينما تتراكم جزيئات الرنا المرسال الأخرى في الجزء المواجه للداخل من الخلية. ومن أجل معرفة سبب ذلك، استخدموا طريقة تتيح تحديد موقع جزيئات الحمض النووي الريبوزي الرسول الفردية، بالاشتراك مع طريقة التشريح الدقيق بالليزر، مما يجعل من الممكن قطع أجزاء من الخلية، و تصنيف البروتينات وجزيئات الحمض النووي الريبوزي N.E. الساعي الموجودة في كل جزء. وباستخدام هذه الأساليب، درس العلماء توزيع جزيئات الحمض النووي الريبي المرسال في الخلايا المأخوذة من الغشاء المخاطي المعوي للفئران، في حالتين - بعد الصيام، وبعد الأكل مباشرة. وكان العلماء يبحثون أيضًا عن "معدات جزيئية" تنقل الحمض النووي الريبي المرسال من أحد جانبي الخلية إلى الجانب الآخر. ولتحقيق هذه الغاية، نمت في صفيحة، من الخلايا الجذعية للأمعاء، وهي هياكل دائرية صغيرة تحاكي بطانة الأمعاء، وبالتالي حددت البروتينات التي تعمل بمثابة "محرك صغير" لنقل الحمض النووي الريبي المرسال على طول الهيكل العظمي للخلية، إلى الموقع المطلوب.

تشير هذه الدراسات إلى اتجاه جديد لدراسة التحكم في إنتاج البروتين في الأنسجة المختلفة - الكلى والكبد والأعضاء الداخلية الأخرى. قد يكون لهذه النتائج أيضًا آثار على الأبحاث الطبية: فالغشاء المخاطي يحمي الأمعاء، ويلعب دورًا مهمًا في امتصاص العناصر الغذائية من الطعام. يمكن أن تسبب الاضطرابات في هذه الطبقة الرقيقة العديد من الأمراض. من الممكن أنه بعد البحث الجديد سيكون من الممكن تحديد ما إذا كانت الأمراض المعوية، مثل داء كرون أو سرطان الأمعاء، ناجمة جزئيًا عن اضطرابات في موقع الحمض النووي الريبي المرسال.

وشارك في الدراسة د. أندرس مور، ماتان جولان، إيفي ماسا، د. دورون ليمزي، تومر وايزمان، روم شانهاف، وشكد بيدتس من قسم بيولوجيا الخلايا الجزيئية؛ أورال مزراحي، روني وينكلر والدكتور نعوم ستيرن جينوسار من قسم الوراثة الجزيئية؛ وعوفرا جولاني من قسم البنى التحتية لأبحاث علوم الحياة.