Відповідно до нового дослідження Northwestern Medicine, опублікованого в Nature Communications, аеробний гліколіз, процес, за допомогою якого клітини перетворюють глюкозу в лактат, є ключовим для розвитку очей у ссавців.

Хоча було добре відомо, що клітини сітківки використовують лактат під час диференціації клітин, точна роль, яку цей процес відіграє в ранньому розвитку очей, раніше не була зрозуміла.

За словами Гільєрмо Олівера, доктора філософії, професора лімфатичного метаболізму Томаса Д. Спіса, директора Інституту серцево-судинних і ниркових досліджень Фейнберга Центру судинної біології та біології розвитку, а також старшого автора дослідження, отримані дані поглиблюють розуміння метаболічних шляхів, що лежать в основі розвитку органів.

«Довгий час моя лабораторія цікавилася біологією розвитку. Зокрема, щоб охарактеризувати молекулярні та клітинні етапи регуляції раннього морфогенезу ока, — сказав Олівер, — Для нас постало питання: «Як починають формуватися ці чудові та важливі органи чуття, які ми маємо на нашому обличчі?»

Нодзому Таката, доктор філософії, докторант лабораторії Олівера та перший автор статті, спочатку підійшов до цього питання, розробивши очні органоїди, отримані з ембріональних стовбурових клітин, які є органоподібними тканинами, сконструйованими в чашці Петрі. Він зауважив, що ранні етапи розвитку мишачого ока демонструють підвищену гліколітичну активність і вироблення лактату.

Згідно з дослідженням, після введення інгібітора гліколізу в культивовані органоїди нормальний розвиток зорових пухирців припинився, але додавання назад лактату дозволило органоїдам відновити нормальний морфогенез.

Потім Таката та його співробітники порівняли ці органоїди з контрольною групою, використовуючи загальногеномний транскриптом і епігенетичний аналіз із застосуванням секвенування РНК і ChIP sec. Вони виявили, що інгібування гліколізу та додавання лактату до органоїдів регулюють експресію певних важливих та еволюційно збережених генів, необхідних для раннього розвитку очей.

Щоб підтвердити ці висновки, Таката видалив Glut1 і Ldha, гени, відомі тим, що регулюють транспорт глюкози та виробництво лактату, з сітківки ембріонів миші у стадії розвитку. Згідно з дослідженням, видалення цих генів призупинило нормальний транспорт глюкози саме в області формування очей.

«Ми виявили, що гліколітичний шлях не залежить від АТФ, — сказав Таката, — Лактат, що є метаболітом, який раніше називали відходами, дійсно робить щось чудове в морфогенезі очей. Це дійсно говорить нам про те, що цей метаболіт є ключовим гравцем у морфогенезі органів і, зокрема, морфогенезу очей. Я бачу, що це відкриття матиме ширші наслідки, оскільки, ймовірно, вони також потрібні для інших органів і, можливо, також для процесів регенерації та механізмів розвитку хвороб».

Після цього відкриття Таката сказав, що планує продовжувати використовувати переваги традиційних і нових інструментів біології розвитку, таких як генетика мишей і отримані зі стовбурових клітин органоїди, для вивчення ролі гліколітичного шляху та метаболізму в розвитку інших органів.

Висновки також можуть бути корисними для кращого розуміння прямого впливу метаболітів на регуляцію експресії генів під час регенерації органів і розвитку пухлини, сказав Олівер.

«І регенерація, і пухлиногенез мають спільні випадки, коли шляхи розвитку відхиляються від свого нормального курсу та вимагають реактивації, — сказав Олівер, — Для багатьох процесів розвитку вам потрібна дуже сувора регуляція транскрипції. Ген вмикається або вимикається в певний час, і коли це йде не так, це може призвести до дефектів розвитку або сприяти пухлиногенезу. Тепер, коли ми знаємо, що існують специфічні метаболіти, відповідальні за нормальну чи аномальну регуляцію генів, це може розширити наше мислення щодо підходів до терапевтичного лікування».

Оригінальна стаття була опублікована на порталі Medical Xpress 14 липня 2023 року.