El envejecimiento y la dieta conducen a cambios en el proteoma del epitelio intestinal
El envejecimiento tiene efectos regionales específicos en el proteoma del epitelio intestinal y conduce a deficiencias relacionadas con la edad en la adaptación a la disponibilidad de nutrientes. (Fuente: FLI / Alessandro Ori y Nadja Gebert. Creado con BioRender.com)
El intestino delgado es una de las interfaces más importantes entre el medio ambiente y nuestro cuerpo. Es responsable de la absorción de nutrientes, pero también forma una barrera contra las señales ambientales potencialmente dañinas. Un equipo de investigación, dirigido por investigadores del Instituto Leibniz sobre el Envejecimiento del Instituto Fritz Lipmann (FLI) en Jena, Alemania, investigó los efectos del envejecimiento y la dieta en el epitelio intestinal de ratones jóvenes y viejos. Pudieron mostrar los efectos específicos de la región sobre el proteoma y las deficiencias relacionadas con la edad en la adaptación a la disponibilidad de nutrientes. Sus resultados proporcionan una imagen completa de la organización espacial del proteoma del intestino delgado en el ratón. Los resultados fueron publicados en la revista Cell Reports.
El intestino delgado (SI) es una de las interfaces más importantes entre el medio ambiente y nuestro cuerpo. Tiene dos funciones principales: es responsable de absorber los nutrientes de los alimentos que comemos y funciona como una barrera para restringir la entrada de sustancias nocivas. El SI es un órgano altamente adaptable y dinámico, ya que se adapta a los cambios en la ingesta de nutrientes o la dieta. El epitelio intestinal se somete a un proceso de renovación continua, cada 3-5 días.
Ya se han investigado los efectos del envejecimiento y la dieta en el intestino delgado. Se sabe que el envejecimiento conduce a una absorción reducida de nutrientes por parte del epitelio, lo que contribuye a la desnutrición en las personas mayores. Además, las diferencias anatómicas entre las diferentes regiones del SI son bien conocidas, pero hasta ahora no se habían investigado los efectos del envejecimiento y la dieta en regiones específicas sobre el conjunto de proteínas que componen el epitelio intestinal.
A estudio de un equipo de investigación internacional del Instituto Leibniz sobre el Envejecimiento del Instituto Fritz Lipmann (FLI) en Jena, Alemania y sus colegas del Instituto Koch para la Investigación Integral del Cáncer en el MIT, Cambridge, EE. UU.; Genentech Inc., San Francisco, EE. UU. y la Universidad Friedrich Schiller de Jena, Alemania, se han centrado ahora en este tema. Usando proteómica basada en espectrometría de masas de última generación, el equipo de investigación investigó las diferencias específicas de edad y región en la composición celular de las criptas intestinales, estructuras anatómicas debajo del epitelio de absorción, donde las células madre intestinales (ISC) y las células diferenciadas se ubican los tipos. Sus resultados proporcionan una imagen completa de la organización espacial del proteoma SI en el ratón.
Efectos regionales específicos del envejecimiento en el epitelio intestinal
El análisis de los cambios del proteoma en 12 partes diferentes del SI, los investigadores pudieron caracterizar la variación espacial de la abundancia de proteínas a lo largo del SI e identificar las diferencias regionales en la composición celular de las criptas intestinales. Los resultados muestran, por ejemplo, que el número de células caliciformes, un tipo de célula que secreta principalmente moco, aumenta significativamente en la parte del íleon del SI. Las diferencias dentro del proteoma de la cripta SI son consistentes con la división anatómica conocida en las tres partes principales: duodeno, yeyuno e íleon.
En un siguiente paso, el equipo investigó el impacto del envejecimiento en las criptas intestinales aisladas del SI completo, comparando más de 5000 proteínas en ratones jóvenes y viejos. Un análisis posterior indicó que las proteínas afectadas por el envejecimiento muestran una abundancia específica de la región. Esto significa que el envejecimiento tiene diferentes efectos en diferentes regiones anatómicas del epitelio intestinal.
“Nuestros resultados muestran un claro efecto del envejecimiento en el conjunto de proteínas y composición celular de las criptas intestinales. Encontramos algunos cambios importantes en proteínas relacionadas con la inflamación y niveles reducidos de marcadores de células madre. Esto muestra que la delicada estructura del epitelio se altera durante el envejecimiento, lo que conduce a la inflamación y reduce la autorregeneración. Especialmente la región del íleon muestra un fenotipo de envejecimiento más pronunciado por un disminución del número de células caliciformes por cripta», dice Nadja Gebert, primera autora del estudio, sobre los principales resultados de su Ph.D. tesis.
Efectos de la dieta en el intestino de ratones viejos y jóvenes
En un paso más, el equipo de investigación investigó cómo los ratones jóvenes y viejos responden a los cambios en la dieta. Pusieron a los animales jóvenes y viejos en restricción dietética (una conocida intervención antienvejecimiento basada en la reducción de la ingesta de alimentos sin desnutrición) durante un mes y realimentaron a un subconjunto de ellos después de la dieta. Esta dieta a corto plazo, así como la dieta seguida de realimentación, afectaron la abundancia de cientos de proteínas en los animales jóvenes, mientras que en los animales viejos esta respuesta se vio atenuada con menos proteínas afectadas, lo que indica una capacidad reducida de los animales viejos para adaptarse a cambios repentinos de dieta. . Consistentemente, los animales viejos tenían problemas para estabilizar su peso corporal: continuaron perdiendo peso incluso varios días después del cambio de dieta, mientras que los animales más jóvenes pudieron estabilizar rápidamente su peso corporal después de unos días. A pesar de esto, los autores encontraron que un ciclo de dieta seguido de realimentación fue suficiente para restaurar parcialmente la composición celular de las criptas intestinales en ratones viejos, lo que sugiere posibles efectos antienvejecimiento de esta intervención dietética.
«Especialmente el la alternancia entre el estado dietético restringido y alimentado, en lugar de la restricción dietética sola, promueve una restauración positiva de la composición del epitelio y un rejuvenecimiento parcial del proteoma de la cripta en ratones viejos.Esto podría interpretarse como apoyo a los efectos positivos de las intervenciones basadas en el ayuno intermitente. . Por otro lado, la respuesta adaptativa reducida del epitelio intestinal viejo muestra el impacto drástico en la forma en que los cambios en la dieta o los tratamientos farmacológicos influyen en las personas mayores», dice el Dr. Alessandro Ori, líder del grupo en FLI.
Los cuerpos cetónicos regulan las decisiones sobre el linaje de las células madre
Examinar más de cerca los procesos que afectan a las ISC bajo una restricción dietética a corto plazo seguida de refe Eding, los investigadores muestran que el epitelio se restaura parcialmente debido a una mayor diferenciación de células madre hacia el linaje secretor. Identificaron la enzima limitante de la tasa de cetogénesis, Hmgcs2, como un modulador de la diferenciación de células madre, que responde a cambios en la dieta. La dieta conduce a un aumento de los niveles de esta enzima en las ISC y a una reducción concomitante de todos los marcadores de diferenciación con la excepción de los marcadores de enterocitos.
«Demostramos que la actividad de Hmgcs2 regula la regeneración y diferenciación de las ISC in vitro, y la actividad reducida de esta enzima promueve la expresión de marcadores secretores tanto in vitro como in vivo. Nuestros datos muestran que la actividad reducida de Hmgcs2 modula la diferenciación de las ISC hacia el linaje secretor», explica Gebert.
Con una mirada más amplia a los cambios metabólicos, los investigadores encontraron diferencias regionales en la abundancia de enzimas limitantes de la velocidad para otras vías metabólicas clave, por ejemplo, la gluconeogénesis. Esto sugiere que el metabolismo de las células epiteliales intestinales y los niveles de metabolitos varían a lo largo del SI. Estas diferencias pueden contribuir al mantenimiento de la composición epitelial y a la adaptación del SI a los cambios de dieta.
“Con este amplio estudio proteómico somos capaces de proporcionar un atlas de la organización espacial del intestino delgado proteoma en ratón, que se puede utilizar para estudios adicionales y está disponible como recurso gratuito en línea», dice Ori. Los investigadores basarán los estudios futuros en la búsqueda de intervenciones médicas capaces de restaurar la capacidad regenerativa del intestino viejo, contribuyendo a una vida saludable en las personas mayores.
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El papel de Klumpfuss en la diferenciación de células intestinales Más información: Nadja Gebert et al. Cambios en el proteoma específicos de la región del epitelio intestinal durante el envejecimiento y la restricción dietética, Cell Reports (2020). DOI: 10.1016/j.celrep.2020.107565 Información de la revista: Cell Reports , Cancer Research
Proporcionado por Fritz Lipmann Institute Cita: El envejecimiento y la dieta conducen a cambios en el proteoma en the intestinal epithelium (2020, 1 de mayo) recuperado el 31 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2020-05-aging-diet-proteome-intestinal-epithelium.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.