การศึกษาพบว่าไกลโคไลซิสแบบแอโรบิกจำเป็นสำหรับการพัฒนาดวงตาในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม

ไกลโคไลซิส แบบแอโรบิกซึ่งเป็นกระบวนการที่เซลล์เปลี่ยนกลูโคสเป็นแลคเตตเป็นกุญแจสำคัญในการพัฒนาดวงตาของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม จากการศึกษาของ เล่นบาคาร่า ฉบับใหม่ที่ตีพิมพ์ในวารสารNature Communications

แม้ว่าเป็นที่ทราบกันดีว่าเซลล์เรตินาใช้แลคเตตในระหว่างการสร้างความแตกต่างของเซลล์ แต่บทบาทที่แท้จริงของกระบวนการนี้ในการพัฒนาดวงตาในระยะแรกนั้นไม่เคยเข้าใจมาก่อน

Guillermo Oliver, PhD, Thomas D. Spies ศาสตราจารย์ด้านการเผาผลาญของต่อมน้ำเหลือง, ผู้อำนวยการสถาบันวิจัยหัวใจและหลอดเลือด Feinberg ศูนย์วิจัยชีววิทยาหลอดเลือดและพัฒนาการ การค้นพบนี้เพิ่มเติมความเข้าใจของภาคสนามเกี่ยวกับเส้นทางเมแทบอลิซึมที่เป็นรากฐานของการพัฒนาอวัยวะ ของการศึกษา

Oliver กล่าวว่า "เป็นเวลานานแล้วที่ห้องทดลองของฉันสนใจในชีววิทยาพัฒนาการ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เพื่อระบุลักษณะขั้นตอนของโมเลกุลและเซลล์ที่ควบคุมการสร้าง morphogenesis ของตาในระยะแรก" "สำหรับเราแล้ว คำถามคือ "อวัยวะรับความรู้สึกที่สำคัญและน่าทึ่งเหล่านี้ที่เรามีบนใบหน้าของเราเริ่มก่อตัวขึ้นได้อย่างไร""

Nozomu Takata, PhD, เพื่อนร่วมงานหลังปริญญาเอกในห้องปฏิบัติการ Oliver และผู้เขียนคนแรกของบทความนี้ได้เข้าหาคำถามนี้โดยการพัฒนาอวัยวะในดวงตาที่ได้จากเซลล์ต้นกำเนิดจากตัวอ่อนซึ่งเป็นเนื้อเยื่อคล้ายอวัยวะที่ออกแบบในจานเพาะเชื้อ เป็นเรื่องน่าทึ่งที่เขาสังเกตเห็นว่าต้นกำเนิดของตาหนูในยุคแรก ๆ แสดงกิจกรรมไกลโคไลติกและการผลิตแลคเตตที่สูงขึ้น หลังจากแนะนำตัวยับยั้ง glycolysis ให้กับออร์แกนอยด์ที่เพาะเลี้ยง การพัฒนาของตุ่มตาปกติก็หยุดลง ตามการศึกษา แต่การเพิ่มแลคเตตกลับทำให้ออร์แกนอยด์สามารถกลับมาสร้างสัณฐานหรือการพัฒนาของดวงตาได้ตามปกติ

จากนั้น Takata และผู้ร่วมงานของเขาได้เปรียบเทียบออร์แกนอยด์เหล่านั้นกับการควบคุมโดยใช้การวิเคราะห์ยีนทรานสคริปโตมและ epigenetic ทั่วจีโนมโดยใช้ลำดับ RNA และ ChIP พวกเขาพบว่าการยับยั้ง glycolysis และเพิ่มแลคเตตให้กับออร์แกนอยด์ควบคุมการแสดงออกของยีนอนุรักษ์ที่สำคัญและวิวัฒนาการบางอย่างที่จำเป็นสำหรับการพัฒนาตาในระยะแรก

เพื่อตรวจสอบความถูกต้องของการค้นพบนี้ Takata ได้ลบ Glut1 และ Ldha ซึ่งเป็นยีนที่รู้จักในการควบคุมการขนส่งกลูโคสและการผลิตแลคเตทจากการพัฒนาเรตินาในตัวอ่อนของหนู จากการศึกษาพบว่าการลบยีนเหล่านี้ทำให้การขนส่งกลูโคสปกติโดยเฉพาะในบริเวณที่สร้างดวงตา

Omics eBook รวบรวมบทสัมภาษณ์ บทความ และข่าวสารชั้นนำในปีที่แล้ว

ดาวน์โหลดฉบับล่าสุด

"สิ่งที่เราพบคือบทบาทที่ไม่ขึ้นกับ ATP ของทางเดินไกลโคลิติก" ทาคาตะกล่าว "แลคเตทซึ่งเป็นสารเมแทบอไลต์ที่รู้จักกันว่าเป็นของเสียมาก่อนกำลังทำอะไรบางอย่างที่ยอดเยี่ยมในตา morphogenesis นั่นบอกเราว่าสารเมตาโบไลต์นี้เป็นผู้เล่นหลักใน morphogenesis ของอวัยวะและโดยเฉพาะอย่างยิ่ง morphogenesis ของตา ฉันเห็นว่าการค้นพบนี้มี ความหมายที่กว้างขึ้น เป็นไปได้ว่าจำเป็นในอวัยวะอื่นๆ และอาจเกี่ยวข้องกับการฟื้นฟูและโรคด้วย”

หลังจากการค้นพบนี้ Takata กล่าวว่าเขาวางแผนที่จะใช้ประโยชน์จากเครื่องมือของชีววิทยาพัฒนาการทั้งแบบดั้งเดิมและแบบใหม่ เช่น พันธุศาสตร์ของหนูและออร์แกนอยด์ที่ได้จากสเต็มเซลล์ เพื่อศึกษาบทบาทของทางเดินไกลโคไลติกและเมแทบอลิซึมในการพัฒนาอวัยวะอื่นๆ

การค้นพบนี้อาจเป็นประโยชน์ในการทำความเข้าใจถึงผลกระทบโดยตรงที่สารเมตาบอไลต์อาจมีต่อการควบคุมการแสดงออกของยีนในระหว่างการสร้างอวัยวะใหม่และการพัฒนาของเนื้องอก Oliver กล่าว

Oliver กล่าวว่า "ทั้งการงอกใหม่และการกำเนิดเนื้องอกเกี่ยวข้องกับเส้นทางการพัฒนาที่ผิดเพี้ยนไปในบางครั้ง หรือคุณจำเป็นต้องเปิดใช้งานใหม่อีกครั้ง" Oliver กล่าว "สำหรับกระบวนการพัฒนาหลายๆ กระบวนการ คุณต้องมีการควบคุมการถอดเสียงที่เข้มงวดมาก ยีนเปิดหรือปิดในบางช่วงเวลา และเมื่อเกิดข้อผิดพลาดขึ้น นั่นอาจนำไปสู่ความบกพร่องของพัฒนาการหรือส่งเสริมการเกิดเนื้องอก ตอนนี้เรารู้แล้วว่ามีสารเมแทบอไลต์เฉพาะที่รับผิดชอบต่อ การควบคุมยีนปกติหรือผิดปกติ สิ่งนี้สามารถขยายความคิดของเราเกี่ยวกับแนวทางการรักษาเพื่อการรักษา" ผู้เขียนร่วมของคณะ Feinberg เพิ่มเติม ได้แก่ Ali Shilatifard, PhD, ศาสตราจารย์ Robert Francis Furchgott และประธานสาขาชีวเคมีและอณูพันธุศาสตร์และผู้อำนวยการสถาบัน Simpson Querrey สำหรับ Epigenetics, Alexander Misharin, MD, PhD,

การศึกษานี้ได้รับการสนับสนุนจาก Illumina Next Generation Sequencing Award..