В пищеварительную систему встроен обширный массив нейронов, который координирует почти все действия, связанные с пищеварением, моторикой кишечника и реакцией на вредные раздражители. Эти клетки составляют кишечную нервную систему (ENS) и передают сигналы из кишечника в мозг, но они редки и хрупки, что затрудняет их выделение и изучение.
Команда, возглавляемая исследователями из Института Броуд Массачусетского технологического института и больницы общего профиля в Гарварде и Массачусетсе, теперь преодолела эти проблемы с помощью новых методов, которые они разработали для создания одноклеточной карты ENS у людей и мышей.
Анализируя активность генов в этих отдельных нейронах, ученые делают вывод, что нейроны в кишечнике взаимодействуют с множеством других типов клеток, включая иммунные клетки. Они также обнаружили, что ключевые гены, связанные с заболеванием, экспрессируются в этих клетках.
Полученные данные свидетельствуют о том, что ENS является центральным узлом, связывающим кишечную, иммунную и центральную нервную системы, и играет важную роль в аллергических, воспалительных и двигательных расстройствах кишечника, а также в заболеваниях, влияющих на мозг.
Изучение этих видов нейроиммунных взаимодействий является следующим этапом Научной инициативы по пищевой аллергии – исследовательского сотрудничества между несколькими учреждениями, базирующегося в Броуде, целью которого является понимание биологической основы пищевой аллергии и поощрение разработки новых методов лечения. Инициатива помогла поддержать новое исследование.
"Изучая, что происходит в ENS, мы можем лучше понять, как система взаимодействует с эпителиальными, иммунными и другими клетками, и разработать новые способы лечения дисфункции во всей системе," сказал член института Broad core Рамник Ксавьер, соавтор исследования, директор программы иммунологии и содиректор программы инфекционных заболеваний и микробиома в Broad, исследователь в Массачусетской больнице общего профиля и профессор медицины в Гарвардском медицинском университете Курт Иссельбахер. Школа.
Работа появится на этой неделе в Cell под руководством соавторов Евгения Дрохлянского, Кристофера Смилли и Николаса Ван Виттенберга из обсерватории клеток Клармана (KCO) в Институте Броуда.
Охота одной клетки
Изучение кишечных нейронов было трудным отчасти потому, что они редки, хрупкие и их сложно изолировать от окружающих тканей.
Чтобы преодолеть эти препятствия, команда разработала два новых метода изучения ENS у мышей и людей при одноклеточном разрешении: RAISIN RNA-seq и MIRACL-seq. RAISIN (Ribosomes And Intact Single Nucleus) RNA-seq – это лабораторный протокол для выделения отдельных клеток, который сохраняет как ядра клеток, так и прикрепленные к ним рибосомы (механизм клеточного производства белков), обеспечивая более полное представление о РНК внутри клетки. Затем MIRACL-Seq (Mining Rare Cells) позволяет исследователям более эффективно искать редкие типы клеток и собирать их после диссоциации сложного образца ткани.
Вместе эти методы позволили команде профилировать 5068 мышиных и 1445 кишечных нейронов человека, а также различные типы кишечных клеток обоих видов. Исследователи могут применять эти методы к свежим и замороженным образцам тканей и могут использовать эти методы для профилирования редких типов клеток в ряде тканей за пределами кишечника.
"Креативность и настойчивость нашей команды в разработке этих новых методов позволили нам построить и подтвердить полную картину кишечной нервной системы как у мышей, так и у людей," сказал соавтор исследования Орит Розенблатт-Розен, старший директор Броуда по геномике единичных клеток и научный директор KCO. "Эти данные позволят нам лучше понять роль кишечной нервной системы при различных заболеваниях и определить типы клеток, на которые действуют генетические факторы риска этих заболеваний."
Внутри ENS
Анализ команды выявил десятки различных подмножеств нейронов в кишечной нервной системе и показал, что состав клеток и их экспрессия генов варьировались в зависимости от анатомической области кишечника, возраста и даже времени суток, когда был взят образец.
Данные также предполагают наличие нескольких новых цепей между разными подтипами нейронов и окружающими клетками. Связи, обнаруженные между кишечными нейронами и иммунной системой, могут помочь в будущих исследованиях того, как нервная система может быть вовлечена в желудочно-кишечные заболевания и почему определенные заболевания центральной нервной системы, такие как расстройство аутистического спектра и болезнь Паркинсона, вызывают дисфункцию кишечника. как ранний симптом.
Ксавье говорит, что изучение этих кишечных нейронов может дать новое понимание синдрома раздраженного кишечника, аллергических расстройств кишечника и необъяснимой кишечной невропатии (нарушение или деградация нервов в пищеварительной системе).
"Во многих смыслах нейроны кишечника можно сравнить с дирижером оркестра," сказал Ксавье. "Например, у пациентов с пищевой аллергией часто появляются боли в животе, тошнота, рвота и диарея, и все это за очень короткое время, что свидетельствует о том, что кишечные нейроны почувствовали что-то не так и активировали систему раннего предупреждения. Нацеливание на эти клетки потенциально может быть способом уменьшения аллергической реакции на пищу и другие аллергены."