Jeilio universiteto mokslininkai išsiaiškino, kad gliukozės metabolizmas vaidina lemiamą vaidmenį skatinant ankstyvą pelių embrionų vystymąsi, atskleidžiant, kad specifiniai medžiagų apykaitos keliai reguliuoja esminį ląstelių signalizavimą pagrindinėse embriogenezės fazėse.
paskelbtas tyrimas „Selektyvus gliukozės metabolizmo panaudojimas skatina žinduolių virškinimo traktą“. Gamtaidentifikuoja dvi skirtingas gliukozės panaudojimo bangas pelės gastruliacijos metu.
Pirmoji banga nukreipia gliukozę per heksozamino biosintezės kelią (HBP) epiblastų ląstelėse, palengvindama proteoglikanų susidarymą fibroblastų augimo faktoriaus (FGF) signalams perduoti. Šis signalas yra labai svarbus ląstelių diferenciacijai ir primityvios juostos pratęsimui. Ši struktūra ilgainiui sudaro nervinę plokštelę, kuri tampa nugaros smegenų ir nervų sistemos pagrindu.
Antroji banga nukreipia gliukozę per glikolizę, tiekdama energiją ir metabolitus, reikalingus mezoderminių ląstelių migracijai ir šoniniam išsiplėtimui.
Grupė sudarė erdvinius ir laikinus gliukozės įsisavinimo modelius, naudodama besivystančių pelių embrionų, kamieninių ląstelių modelių ir embrionų audinių vienos ląstelės skiriamosios gebos vaizdą.
Jie nustatė, kad pradinė gliukozės metabolizmo banga atsiranda užpakalinėse epiblastų ląstelėse ir plečiasi į priekį vystantis. Vėlesnė glikolizės banga palaiko mezoderminių ląstelių judėjimą nuo primityvaus ruožo, skatindama šoninį išsiplėtimą.
Siekdama patikrinti kelio dalyvavimo tikrumą, komanda slopino gliukozės metabolizmą cheminiais blokatoriais, eksperimentiškai patvirtindama primityvaus ruožo susidarymo ir mezodermos specifikacijos sutrikimą.
Tiksliai nukreipus į HBP, buvo sutrikęs primityvaus ruožo vystymasis, tuo pačiu slopinant vėlyvosios stadijos glikolizę su paveikta mezoderminių ląstelių migracija, netrukdant priimti pradinius ląstelių likimo sprendimus.
Tyrimas taip pat rodo, kad gliukozės metabolizmas veikia tarpląstelinio signalo reguliuojamo kinazės (ERK) signalizacijos kelius, todėl jie yra labai svarbūs ląstelių diferenciacijai ir judėjimui gastruliacijos metu. Gliukozės metabolizmo slopinimas sumažino ERK aktyvumą, o papildymas N-acetilgliukozaminu, HBP produktu, atkūrė ERK signalizaciją ir išgelbėjo vystymosi defektus.
Tolesnė analizė, naudojant kamieninių ląstelių embrionų modelius ir mezodermų eksplantus, patvirtino, kad HBP yra būtinas epiblastų ląstelių likimo pokyčiams ir kad glikolizė palaiko mezoderminių ląstelių migracijos elgesį.
Apdorotų mezodermų eksplantų RNR seka atskleidė sumažėjusį ląstelių migracijos ir tarpląstelinės matricos sąveikos takų reguliavimą, kai buvo slopinama glikolizė arba ERK signalizacija.
Rezultatai pabrėžia, kad gliukozės metabolizmas, suderintas su genetiniais ir signalizacijos mechanizmais, yra neatsiejama sėkmingo besivystančio embriono modeliavimo ir morfogenezės dalis. Šis tyrimas meta iššūkį tradiciniam požiūriui į ląstelių metabolizmą, kaip tik į foninę ląstelių funkciją, vietoj to, kad jis būtų aktyvus embriono vystymosi direktorius.