A termékenység molekuláris testőrei Max Planck Society
Táplálkozási sterilitás
Christian Eckmann kutatási csoportja a drezdai Max Planck Molekuláris Sejtbiológiai és Genetikai Intézetben nemrégiben egy fonálférgek genetikai programját írta le C. elegans, amely kompenzálja az étrend minőségi ingadozásait és így védi az állatok szaporodási képességét [1]. A genetikai vizsgálat egy új diéta által kiváltott, visszafordíthatatlan sterilitást is feltárt, amely csak a reproduktív sejteket érinti. Ez a sterilitás láthatóvá válik egyrészt a csíravonal őssejtjeinek elpusztításával, másrészt a női reproduktív sejtek differenciálódásának hibáiban (1. ábra).
Az étrend állati ontogenitásra gyakorolt hatásának genetikai bizonyítékai nőnek. Ez a hatás a bélben fellépő különféle anyagcseretermékekre vonatkozik. A bélsejtek mellett a bélmikrobák is befolyásolják az anyagcserét, és különféle anyagcsere-termékeket képesek előállítani, amelyek negatív vagy pozitív hatással lehetnek a gazdára. Az étrenddel kombinálva a bélmikrobák rengeteg folyamatot befolyásolhatnak a többsejtű sejtekben. Azt azonban még nem tudni, hogy az étrend és a mikrobák hogyan befolyásolják az állatok szaporodási képességét.
Az összes kutatási laboratórium világszerte egységes táplálékforrásként használja C. elegans egy különleges E.. coli-Baktériumtörzs (OP50). Meglepő módon a kutatócsoport pontosan ezt találta E..coli-Törzs a nukleáris receptor genetikai aktivitásának hiányában nhr-114. Sterilitást okoz. Különböző baktériumtörzsek, beleértve másokat is E. coli-Típus, de nem váltott ki sterilitást (1. ábra). Az OP50 baktérium negatív tulajdonságának kutatása során a kutatók azt találták, hogy valószínűleg metabolikus termékről van szó, amely a standard táptalajban történő tenyésztésre adott válaszként képződik. Mert a „káros E. coli-Baktériumtörzs ”csak a triptofán aminosavval dúsított táptalajban elnyomta a fonálféreg reprodukciójára gyakorolt negatív hatást. A tanulmány azt sugallja, hogy a nukleáris receptor aktivitása nhr-11.4 a csírasejtek védelme a rossz élelmiszerminőség vagy bizonyos anyagcsere-termékek mérgező hatásaival szemben.
Szaporít és táplálkozik természetes környezetben C. elegans rothadt étel, amelynek önmagában is változatos a mikrobiológiai összetétele. Ez a mikrobiológiai összetettség arra a következtetésre vezet, hogy a fonálféreget a magreceptor aktivitása okozza nhr-11.4 Ételek széles választéka áll rendelkezésre anélkül, hogy veszélyeztetné a lakosság folyamatos létének veszélyeztetését a szegény élelmiszer-összetevők egyidejű bevitele révén.
1. ábra: Az étrenddel kapcsolatos hatások a felnőtt csíravonal szövetének fejlődésére. A C. elegans fonálférget különféle E. coli baktériumokkal táplálták. A szaggatott vonal jelzi a két létező csíravonalszövet egyikét. A zárt (csillaggal jelölt) végén a csíravonal őssejtjei szaporodnak. A differenciálódó reproduktív sejtek (spermiumok és petesejtek) nyitott végén vannak. A táplálék elérhetőségétől és a működő nhr-114 (-) nukleáris receptor hiányától függően a csíravonal szövetében nem alakulnak ki differenciálódott petesejtek, a csíravonal őssejtjeiben pedig súlyos sejthibák alakulnak ki. Végül a csíravonal őssejt osztódása leáll, és a csíravonal szövete a felnőtt szervezetben nagymértékben csökken. Méretarány: 50 μm.
1. ábra: Az étrenddel kapcsolatos hatások a felnőtt csíravonal szövetének fejlődésére. A C. elegans fonálférget különféle E. coli baktériumokkal táplálták. A szaggatott vonal jelzi a két létező csíravonalszövet egyikét. A csíra őssejtjei a zárt végén szaporodnak (csillaggal jelölve). A differenciálódó reproduktív sejtek (spermiumok és petesejtek) nyitott végén vannak. A táplálék elérhetőségétől és a működő nhr-114 (-) nukleáris receptor hiányától függően a csíravonal szövetében nem alakulnak ki differenciálódott petesejtek, a csíravonal őssejtjeiben pedig súlyos sejthibák alakulnak ki. Végül a csíravonal őssejt osztódása leáll, és a csíravonal szövete a felnőtt szervezetben nagymértékben csökken. Méretarány: 50 μm.
A csíravonal szövetének fejlődése és működése a testben
A csírasejtek alapvető fontosságúak az állatok szaporodásában, mivel csak ők specializálódtak a genomiális információk továbbadásában a következő generáció számára. A legtöbb állatban és emberben a csíra őssejtjei az embrionális szakaszban fejlődnek. A serdülőkori stádiumban sejtosztódás útján csíravonalas szövetekké fejlődnek, amelyben egyes csíra őssejtek a gametogenezis folyamata során reproduktív sejtekké alakulnak. Csak a felnőtt korban találja meg a reproduktív szövet egyensúlyát, és a szervezet petesejtek (petesejtek) és spermiumok termelésével készen áll a szaporodásra. A genetikai vizsgálatok modellszervezetekkel kimutatták, hogy az állat táplálkozási állapota erősen befolyásolja ezt az egyensúlyt.
A gyümölcslégy Drosophila melanogaster z. B. a csíravonal őssejtjei elegendő táplálékellátással nagyon jól szaporodnak, míg szaporodásuk sokkal rosszabbnak bizonyul, ha csökken az élelmiszer-ellátás, és csökken a csíravonal szövete. A fonálféregben C. elegans hasonló dinamikus összefüggést lehetne meghatározni, amelyet idegi jelutak vezérelnek. Ezen gerinctelen modell organizmusok megfigyelései összefüggésben vannak felnőtt embereken végzett hosszú távú vizsgálatokkal, amelyek szerint a tápanyagokban gazdag és változatos étrend növelheti a női termékenységet.
Míg a fizikai hibák negatívan befolyásolhatják az egyén egészségét, a csíravonal sejtjeinek hibái gátolhatják általános reproduktív alkalmasságukat. Ez különösen akkor problémás, ha a csíra őssejtjeit érintik. Mert bár embrionálisak, a reproduktív sejtek csak a csíravonal őssejtjeiből fejlődnek ki a felnőtt testben. Ezért a csíra szövete biológiai funkcióját viszonylag későn tölti be egy szervezet életében. Ebben a késői időpontban azonban az egész testet, beleértve a csíravonal őssejtjeit és az éretlen csírasejteket, már ki volt téve különböző környezeti és étrendi hatásoknak. Ezért feltételezhető, hogy olyan genetikai programokat hoztak létre, amelyek megvédhetik a csírasejteket a táplálkozási hatások visszafordíthatatlan károsodásaitól.
Nukleáris hormon receptorok, mint molekuláris protektorok
A genetikai programok alakulása
A szervezetek sokféle környezetben fejlődnek és élnek. Azok az állatok, amelyek különféle ételeket fogyaszthatnak, előnyben vannak azokkal a populációkkal szemben, amelyek csak korlátozott mértékben tolerálják az ételeket. A különféle élelmiszerek anyagcseréjét támogató genetikai programok megkönnyítik az új területek feltöltését. A kiegyensúlyozott étrend és az optimálisan működő csírasejtek jelentik a két fő tényezőt a sikeres szaporodásért és a következő generáció túléléséért. Mivel a termékenység és a szaporodás szorosan összefügg az élelmiszer rendelkezésre állásával, a genetikai válaszoknak oly módon kellett fejlődniük, hogy összehangolják az ivarsejtek száma és az élelmiszer-ellátás gazdagsága és minősége közötti egyensúlyt (2. ábra). Ennek ellenére jobb molekuláris megértésre van szükség arról, hogy a táplálkozás hogyan kapcsolódik a reproduktív őssejtekhez. Ez a téma különösen fontos a modern emberi étkezési szokások hátterében.
2. ábra: A különféle környezeti feltételek (nyilak) befolyásolják az élelmiszer összetételét, amelyet a mikrobák tovább metabolizálnak. A bélben található nukleáris receptorok egy genetikai programot vezérelnek, amely megvédi a csírasejteket a negatív metabolitoktól. Ez növelheti a termékenységet, és egy állatpopuláció a legkülönbözőbb élőhelyeken képes hatékonyan elterjedni és szaporodni.
2. ábra: A különféle környezeti feltételek (nyilak) befolyásolják az élelmiszer összetételét, amelyet a mikrobák tovább metabolizálnak. A bélben található nukleáris receptorok egy genetikai programot vezérelnek, amely megvédi a csírasejteket a negatív metabolitoktól. Ez növelheti a termékenységet, és az állatpopuláció a legkülönbözőbb élőhelyeken hatékonyan terjedhet és szaporodhat.
Xicotencatl Gracida és Christian Eckmann tanulmányának eredményei megalapozzák a csírasejtek fejlődésére gyakorolt táplálkozási hatások megértését. Az eredmények azt mutatják, hogy a csíra őssejtjei kivételesen érzékenyek az anyagcsere termékeire. Az étrend hatása a sejtek és a genetikai integritás szintjére, valamint a sejtosztódás és a differenciálódás helyes végrehajtására játszik szerepet. Ezek az eredmények az élelmiszerminőség tekintetében ellentétben állnak az ételmennyiség korábban feltételezett táplálkozási-fiziológiai hatásával a csíravonal őssejtjeinek reprodukciójára. Ezenkívül fontos kérdéseket vet fel az a megfigyelés, miszerint az élelemként szolgáló baktériumok anyagcseréje befolyásolja az állatok reproduktív szövetét is: Van-e hatása az emberi bélmikrobáknak a termékenységre és hasonló genetikai programok védik-e az emlősök csíravonalának őssejtjeit?