Dans une étude récente publiée dans Avancées scientifiquesles chercheurs ont utilisé une approche à l’échelle de l’organe pour analyser quantitativement le nombre, la taille et la régulation de l’identité des cellules lors de l’adaptation tissulaire induite par les nutriments de l’intestin moyen de la drosophile.
Étude: La signalisation mTOR des cellules souches oriente les décisions relatives au sort des cellules spécifiques à une région lors de l’adaptation des nutriments intestinaux. Crédit d’image : Giovanni Cancemi/Shutterstock.com
Arrière-plan
L’intestin adulte est un organe régionalisé qui change de taille et de composition en fonction de la disponibilité alimentaire, contrôlant ainsi la prolifération et la différenciation des cellules souches intestinales (CSI). L’apport en nutriments affecte la physiologie des animaux adultes en modifiant la composition cellulaire des organes par l’activation des cellules souches somatiques. La nutrition a un impact significatif sur le volume et la forme de l’intestin grêle, permettant d’adapter les fonctions de signalisation, d’absorption et métaboliques aux besoins physiologiques des animaux. L’intestin moyen de la drosophile possède quatre types de cellules uniques qui diffèrent tous des ISC. La taille de l’intestin moyen varie considérablement en fonction du régime alimentaire.
À propos de l’étude
Dans la présente étude, les chercheurs ont exploré l’influence de la signalisation alimentaire sur les décisions relatives au devenir des cellules dans l’intestin adulte, en particulier sur la prolifération et la différenciation de la régulation des cellules souches intestinales (ISC).
L’étude a utilisé des mouches conservées à 25°C sur un milieu contenant différents nutriments, en utilisant le régime holidique comme régime expérimental. Ils ont disséqué les tissus intestinaux, qui ont été fixés, lavés, bloqués et colorés aux anticorps. Ils ont effectué une dissection intestinale et une dissociation par tri cellulaire par anticorps fluorescents (FACS), triant les cellules de croissance 1 (G1) et G2 dans un tampon d’isolement d’acide ribonucléique (ARN) dans trois échantillons en double de 80 à 100 intestins chacun. Ils ont extrait et amplifié l’ARN, créé et séquencé des bibliothèques et photographié des intestins immunocolorés à l’aide de microscopes confocaux.
Les chercheurs ont utilisé l’analyse linéaire de l’intestin moyen (LAM) pour évaluer la régulation de la croissance des cellules souches intestinales (ISC) chez les mouches. Ils ont évalué la surface transversale maximale du noyau dans l’intestin moyen de mouches affamées et nourries et ont utilisé le marqueur ISC Delta-LacZ pour étudier la régulation de la taille induite par l’alimentation. Ils ont également exploré l’implication de la voie de signalisation mTORC1, un régulateur reconnu de la taille des cellules, en mesurant les niveaux de p4EBP dans les régions R1, R2, R4 et R5. Ils ont diminué l’activité de mTORC1 via l’inactivation de Raptor RNAi et ont évalué la zone nucléaire dans les ISC.
Les chercheurs ont étudié la fonction et le contrôle de l’activité de mTORC1 dans les cellules du facteur de croissance transformant (TGF). Ils ont utilisé Delta-Gal4 pour exprimer le rapporteur de l’indicateur de cycle cellulaire basé sur l’ubiquitination fluorescente (FUCCI), ce qui leur a permis d’étudier la phosphorylation de 4EBP à différents stades de croissance. Ils ont également profilé l’expression des gènes dans des phases de développement distinctes, en émettant l’hypothèse que la taille des cellules serait liée à la différenciation des ISC.
L’équipe a également étudié le lien entre l’activité de signalisation mTORC1 des cellules souches intestinales et l’expression de Delta en évaluant l’intensité régionale de Delta-LacZ chez des rats à jeun et nourris. Ils ont également vérifié si mTORC1 inhibe activement la différenciation des cellules EE. Ils ont comparé les intestins de mouches âgées nourries au régime ad libitum à celles soumises à un jeûne intermittent à vie.
Résultats
Chez les mouches, la modulation spécifique à la région de la taille, du nombre et de la différenciation des cellules caractérise l’adaptation nutritionnelle intestinale. La cible mammifère du complexe de rapamycine 1 (mTORC1) stimule la croissance des cellules souches intestinales (ISC), améliore l’expression de Delta et oriente la destinée des cellules vers la lignée d’entéroblastes absorbantes. Chez les mouches plus âgées, la signalisation ISC mTORC1 n’est pas régulée et insensible à la nourriture, ce qui peut être réduit par un jeûne intermittent tout au long de la vie. Les signaux induits par les nutriments régulent le développement des entérocytes (CE) et la différenciation des ISC différemment selon les régions.
L’étude a révélé une variation régionale dans le développement adaptatif de l’intestin moyen, le passage des états rapides aux états nourris augmentant la prolifération des ISC et la croissance de la CE, permettant un ajustement dynamique de la taille de l’intestin moyen des adultes. La compréhension actuelle du contrôle de la croissance de l’intestin moyen repose sur des quantifications locales d’emplacements spécifiques, sans aucune vision globale à l’échelle de l’organe. L’alimentation provoque des altérations uniques dans les cellules filles ISC, les cellules entéroendocrines (EE) et les neuroblastes (EB), l’activation de mTORC1 spécifique à une région déterminant la croissance de l’ISC. La répartition géographique de la croissance des ISC s’aligne sur l’accumulation d’EB pendant l’alimentation.
Les résultats ont révélé que l’activation d’ISC mTORC1 est associée à des paires cellulaires ISC-EB de type asymétrique qui prolifèrent rapidement au cours de la différenciation vers la destinée EC. Les ISC peuvent également se développer en minuscules cellules diploïdes EE contrôlées par la signalisation Notch. Les grands ISC sont en corrélation avec la différenciation EB. La signalisation ISC mTORC1 augmente l’expression de Delta, qui est spécifique à la région et dépend du régime alimentaire. Les grands ISC avec une activité mTORC1 robuste expriment de grandes quantités de Delta qui dirigent la différenciation vers le destin de l’EB d’une manière spécifique à la région.
Une signalisation mTORC1 élevée affecte le destin des cellules EE. L’inactivation de Raptor dans les clones Notch LOF a éliminé les clusters Prospero− p4EBP+, les rendant homogènes pour les cellules Prospero+. Le jeûne intermittent protège contre les réductions de l’adaptation nutritionnelle intestinale induites par le vieillissement, ce qui implique que le contrôle physiologique de la signalisation mTORC1, dépendant de la nutrition, est perdu dans les anciens CSI mais conservé chez les mouches à jeûne intermittent.
Conclusion
Dans l’ensemble, les résultats de l’étude ont montré que la signalisation mTORC1 est essentielle au sort des cellules souches intestinales (CSI) en réponse au régime. Il affiche différents modèles régionaux de développement des entérocytes, de nombres de cellules et de distributions de types de cellules pendant la transition de l’état à jeun à l’état nourri. Les animaux nourris activent les voies de détection des nutriments mTORC1 dans les ISC ou les CE d’une manière régionale. Les cellules souches du gros intestin avec une activité mTORC1 robuste présentent le delta du ligand Notch en quantités élevées, favorisant la différenciation dans les lignées absorbantes.
Référence du journal :
- Mattila, J., Viitanen, A., Fabris, G., Strutynska, T., Korzelius, J. et Hietakangas, V. (2024) Avancées scientifiques10(6). est ce que je: 10.1126/sciadv.adi2671.
2024-02-15 17:26:00
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