Studie verbindet bestimmte Metaboliten mit der Funktion der Stammzellen im Darm

Moleküle, die als Ketonkörper bezeichnet werden, können die Fähigkeit der Stammzellen verbessern, neues Darmgewebe zu regenerieren

Study links certain metabolites to stem cell function in the intestine von Anne Trafton | MIT News, Originalgetreue Übersetzung durch den W3Punkt.

MIT-Biologen haben unerwartete Wirkungen einer ketogenen oder fettreichen Ernährung entdeckt: Sie zeigten, dass ein hoher Anteil an Ketonkörper, Moleküle, die durch den Fettabbau entstehen, dem Darm helfen, einen großen Pool an adulten Stammzellen zu erhalten, der für die Gesunderhaltung der Darmschleimhaut entscheidend ist.

Die Forscher fanden auch heraus, dass Darmstammzellen auch ohne fettreiche Ernährung ungewöhnlich hohe Mengen an Ketonkörper produzieren. Diese Ketonkörper aktivieren einen bekannten Signalweg namens Notch, der bisher zur Regulierung der Stammzelldifferenzierung beigetragen hat.

„Ketonkörper sind eines der ersten Beispiele dafür, wie ein Metabolit das Schicksal der Stammzellen im Darm anregt“, sagt Omer Yilmaz, der Eisen and Chang Career Development Associate Professor für Biologie und Mitglied des MIT Koch Institute for Integrative Cancer Research. „Diese Ketonkörper, von denen normalerweise angenommen wird, dass sie eine entscheidende Rolle bei der Energieversorgung in Zeiten von Ernährungsstress spielen, aktivieren den Notch-Pfad, um die Funktion der Stammzellen zu verbessern. Veränderungen im Spiegel der Ketonkörper in verschiedenen Ernährungszuständen oder Diäten ermöglichen es Stammzellen, sich an unterschiedliche Physiologien anzupassen.“

In einer Studie an Mäusen fanden die Forscher heraus, dass eine ketogene Ernährung den Darmstammzellen einen regenerativen Schub gab, der sie besser in die Lage versetzte, sich von Schäden an der Darmschleimhaut zu erholen, als die Stammzellen von Mäusen bei einer normalen Ernährung.

Yilmaz ist der leitende Autor der Studie, die in der Ausgabe vom 22. August von Cell erschien. MIT Postdoc Chia-Wei Cheng ist der Hauptautor der Schrift.

Eine unerwartete Rolle

Adulte Stammzellen, die sich in viele verschiedene Zelltypen differenzieren können, befinden sich im Gewebe des gesamten Körpers. Diese Stammzellen sind im Darm besonders wichtig, da die Darmschleimhaut alle paar Tage ersetzt wird. Yilmaz’ Labor hat bereits gezeigt, dass das Fasten die Stammzellfunktion bei älteren Mäusen verbessert und dass eine fettreiche Ernährung das schnelle Wachstum von Stammzellpopulationen im Darm stimulieren kann.

In einer Studie an Mäusen fanden die Forscher heraus, dass eine ketogene Ernährung den Darmstammzellen einen regenerativen Schub gab, der sie besser in die Lage versetzte, sich von Schäden an der Darmschleimhaut zu erholen, als die Stammzellen von Mäusen bei einer normalen Ernährung.

Wenn eine sehr fettreiche Ernährung konsumiert wird, verwenden Zellen diese Enzyme, um Fett in Ketonkörper abzubauen, die der Körper in Abwesenheit von Kohlenhydraten als Kraftstoff verwenden kann. Da diese Enzyme jedoch in den Darmstammzellen so aktiv sind, weisen diese Zellen auch bei normaler Ernährung einen ungewöhnlich hohen Ketonspiegel auf.

Zu ihrer Überraschung fanden die Forscher heraus, dass die Ketone den Notch-Signalweg stimulieren, der bekanntlich entscheidend für die Regulierung von Stammzellfunktionen, wie die Regeneration von beschädigtem Gewebe, ist.

„Darmstammzellen können selbst Ketonkörper erzeugen und sie nutzen, um ihre eigene Steifheit aufrechtzuerhalten, indem sie einen fest verdrahteten Entwicklungspfad verfeinern, der die Zelllinie und das Schicksal kontrolliert“, sagt Cheng.

Bei Mäusen zeigten die Forscher, dass eine ketogene Ernährung diesen Effekt verstärkt, und Mäuse auf einer solchen Ernährung waren besser in der Lage, neues Darmgewebe zu regenerieren. Als die Forscher die Mäuse mit einer zuckerreichen Ernährung fütterten, sahen sie den gegenteiligen Effekt: Sowohl die Ketonproduktion als auch die Funktion der Stammzellen nahmen ab.

Stammzellfunktion

Die Studie hilft, einige Fragen zu beantworten, die durch Yilmaz’ frühere Arbeiten aufgeworfen wurden, die zeigen, dass sowohl Fasten als auch fettreiche Diäten die Funktion der intestinalen Stammzellen verbessern. Die neuen Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Stimulation der Ketogenese durch jede Art von Ernährung, die die Aufnahme von Kohlenhydraten begrenzt, die Proliferation von Stammzellen fördert.

„Ketonkörper werden in Zeiten von Nahrungsmangel im Darm stark induziert und spielen eine wichtige Rolle bei der Erhaltung und Verbesserung der Stammzellaktivität“, sagt Yilmaz. „Wenn Nahrung nicht ohne weiteres verfügbar ist, kann es sein, dass der Darm die Funktion der Stammzellen erhalten muss, so dass sie, wenn die Nährstoffe reichlich vorhanden sind, einen Pool von sehr aktiven Stammzellen haben, die dann die Zellen des Darms wieder bevölkern können.“

Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass eine ketogene Ernährung, die die Produktion von Ketonen im Darm antreiben würde, hilfreich sein könnte, um Schäden an der Darmschleimhaut zu reparieren, die bei Krebspatienten auftreten können, die Strahlen- oder Chemotherapiebehandlungen erhalten, sagt Yilmaz.

Die Forscher wollen nun untersuchen, ob adulte Stammzellen in anderen Gewebearten Ketonkörper zur Regulierung ihrer Funktion verwenden. Eine weitere Schlüsselfrage ist, ob die ketoninduzierte Stammzellaktivität mit der Krebsentstehung verbunden sein könnte, denn es gibt Hinweise darauf, dass einige Tumore im Darm und anderen Geweben aus Stammzellen entstehen.

„Wenn eine Intervention die Proliferation von Stammzellen fördert, eine Population von Zellen, die Ursprung einiger Tumore sind, könnte eine solche Intervention möglicherweise das Krebsrisiko erhöhen? Das ist etwas, das wir verstehen wollen“, sagt Yilmaz. „Welche Rolle spielen diese Ketonkörper in den frühen Schritten der Tumorbildung und kann die Promotion dieses Weges, entweder durch Ernährung oder niedermolekulare Mimetika, zu viel Einfluss auf die Krebsbildung haben? Wir kennen die Antwort auf diese Fragen nicht.“

Die Forschung wurde von den National Institutes of Health, einem V Foundation V Scholar Award, einem Sidney Kimmel Scholar Award, einem Pew-Stewart Trust Scholar Award, der MIT Stem Cell Initiative, dem Koch Institute Frontier Research Program durch den Kathy and Curt Marble Cancer Research Fund, dem Koch Institute Dana Farber/Harvard Cancer Center Bridge Project und der American Federation of Aging Research finanziert.

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Study links certain metabolites to stem cell function in the intestine, Anne Trafton | MIT News Office, 22 August 2019

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Update: 12. Sep 2019 @ 21:38
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