Komórki czuciowe w jelitach, drogą neuronów serotoninowych, przekazują informacje do ośrodkowego układu nerwowego o obecności niektórych związków w tym obszarze.
Wiemy, że jelita powiadamiają mózg o tym, co akurat się w nich znajduje, jednak poznanie mechanizmów tej rozmowy na poziomie molekularnym ugrzęzło w martwym punkcie ze względu na techniczne ograniczenia. W chwili obecnej badania nad jednym z kluczowych typów komórek czuciowych w jelitach – komórek enterochromafinowych (EC) nabłonka jelitowego, wykazały, jakie bodźce (sygnały cząsteczkowe) aktywują je oraz w jaki sposób komórki te przekazują informacje na temat obecności różnych związków do ośrodkowego układu nerwowego. Wyniki badania opublikowano w czasopiśmie Cell.
“To naprawdę niezwykła praca, która stawia ważne pytania i wykorzystuje nowoczesne narzędzia aby znaleźć na nie odpowiedzi”, mówi John Cryan z University College Cork in Ireland.
Jednym z takich pytań, o którym wspomina prof. Cryan, jest poznanie funkcji komórek enterochromafinowych. “Zdajemy sobie sprawę, że są one bardzo ważne, ale do tej pory nie mieliśmy wystarczających narzędzi aby je badać. To skomplikowane zagadnienie – wiemy, że działa ale nie rozumieliśmy w jaki sposób.”
Komórki enterochromafinowe to typ wydzielniczych komórek nabłonkowych jelita. Są niezwykle rzadkie, bo stanowią mniej niż 1% nabłonka jelitowego, a jednocześnie odpowiadają za produkcję 90% całkowitej ilości serotoniny organizmu ludzkiego. Sugeruje się, że spełniają rolę receptorów odbierających bodźce chemiczne w świetle jelita, i w odpowiedzi na tę reakcję, wydzielają serotoninę, która kontroluję motorykę jelit oraz odczucie bólu. Jakie konkretnie związki pobudzają te komórki oraz w jaki sposób serotonina wpływa na neurony, pozostawało tajemnicą.
“Pytanie brzmi, czy serotonina po prostu „zalewa” neurony i wchodzi z nimi w interakcje na odległość — co jest bardzo prawdopodobne — czy raczej istnieje więcej bezpośrednich połączeń między komórkami nerwowymi a enterochromafinowymi”, mówi David Julius, neurobiolog i jeden z autorów badania, z Uniwerystetu Kalifornijskiego w San Francisco. Julius wyjaśnia, że niedawno odkryto podobny zestaw komórek, zwanych komórkami enteroendokrynnymi, odpowiedzialnych za bezpośredni kontakt z neuronami.
Ze względu na to, że komórki enterochromafinowe są bardzo rzadkie, stanowią też wyzwanie w doświadczeniach in vivo (w żywym organizmie). Dlatego też zespół Juliusa wykorzystał w swoich badaniach model hodowli tkanki jelitowej w warunkach in vitro (model „mini-jelit”).
W tkance jelitowej pobranej od myszy badano elektrofizjologię komórek enterochromafinowych, ekspresję białek, wydzielanie serotoniny i inne parametry; zaobserwowano napięcie kanałów jonowych i pobudzenie elektryczne, czyli cechy charakterystyczne dla komórek czuciowych.
Następnie, spośród 30 związków obecnych w świetle jelita, naukowcy wykryli te, które byłby zdolne do pobudzenia komórek, m.in. izotiocyjanian (substancja drażniąca występująca w wasabi i musztardzie), izowalanian (kwas tłuszczowy wytwarzany przez bakterie jelitowe), a także dopamina, epinefryna i norepinefryna.
Zaobserwowano ekspresję receptorów dla tych związków na komórkach enterochromafinowych, a ich aktywacja powodowała uwalnianie serotoniny.
Następnie, wykorzystując mysią tkankę jelitową z fluorescencyjne oznaczonymi komórkami, zespół zajął się badaniem związku tych komórek z neuronami. Odkryto, że neurony posiadające receptory serotoninowe często stykają się z komórkami enterochromafinowymi, a także, że komórki te wykazują ekspresję białek presynaptycznych natomiast sąsiadujące z nimi neurony – białek postsynaptycznych. Uzyskane wyniki wskazują na to, że komórki rozmawiają bezpośrednio ze sobą. Dodatkowo, stymulacja nabłonka jelitowego norepinefryną lub izowalanem aktywowała te komórki.
Odkrycie, że komórki enterochromafinowe jelit tworzą synapsy z neuronami sugeruje istnienie bezpośredniego związku z mózgiem, zauważa Rodger Liddle z Duke University, który wcześniej wykazał połączenie między neuronami a komórkami eneteroendokrynnymi.
“Takie połączenie pozwala na przesył danych w milisekundach a nie w minutach. Jedną z funkcji osi jelitowo-mózgowej jest ochrona przed szkodliwymi substancjami, gdzie szybka reakcja może być krytyczna dla utrzymania zdrowia. Jeśli spożyjesz toksynę lub coś szkodliwego, komórki te, będąc chemoreceptorami, mogą wysłać odpowiednie sygnały aby wywołać wymioty czy biegunkę” , sugeruje Liddle.
“Musimy jeszcze wiele się nauczyć na temat tego jak jelita „dyskutują” z mózgiem, i co dzieje się z mózgiem, jelitami oraz jednym i drugim kiedy ten system zawodzi. Praca Juliusa i innych z pewnością dokłada kolejne puzzle do naszej układanki”, dodaje Cryan.
