新方法促进功能和疾病的基因研究肠道上皮细胞

约八米的长度和无数的通行突起,称为绒毛,小肠代表最大的接触表面内部的身体接触up-taken食物。

消化道中最重要的器官,其主要任务包括从食物中营养物质的吸收,提供能源和有害代谢物的排泄。肠道屏障作为一种防护墙,阻止细菌或外来物质进入身体,因此有决定性影响健康(免疫防御)。

肠壁的一部分是肠道组织(肠上皮细胞),在小肠和水的吸收起着重要的作用,电解质和营养。它也受到持续更新过程和在成年哺乳动物最迅速自我更新的组织,再生时间3 - 10天。

尽管卫生肠功能的多样性和巨大的重要性,因此鲜为人知但是密集研究哪些基因发挥重要作用在消化或肠道疾病的发展。

莱布尼兹研究所Aging-Fritz李普曼研究所研究人员(FLI)在耶拿,德国,在合作伙伴从西雅图Fred Hutchinson癌症研究中心,美国,现在已经达到了一个重要的里程碑:他们已经开发出一种新方法,一方面使基因研究所有地区的肠,另一方面可以用来调查进行更详细的致癌基因的影响,衰老过程,host-microbiome交互。

当前的研究结果已经发表在《华尔街日报》BMC生物学。

单基因突变分析和筛选大量的基因

“使用特殊的遗传突变,目前可以关掉肠道中的单个基因上皮细胞并研究他们的影响力。尽管大量的努力,目前还没有方法可以用来研究同时大量的基因,”解释了k Lenhard鲁道夫,研究组长FLI和前苏联Jena的分子医学教授。但是这种方法是必要的,因为人类基因组有超过25000个基因,约四分之三的活跃在我们的肠道。

“此外,研究这些基因的功能,通过有针对性的单基因突变分析也很昂贵和耗时的,”鲁道夫教授补充道。原则上,有可能诱发突变的单个细胞组织使用含有特定基因序列的病毒颗粒。使用这种方法,大量的基因筛查研究可以同时被执行。

今天“这个方法已经用于皮肤的检查,肝脏,和造血干细胞,但还没有转移到肠道上皮迄今为止,“干细胞研究人员说,“由于肠上皮干细胞的深深隐藏在隐窝(绒毛间的深口袋),因此很难获得基因转移的病毒颗粒。

先前的研究方法的缺点

“目前已知的方法研究肠道上皮细胞使用肠道瀑样,小mini-organs生长在细胞培养和转基因的病毒,“FLI的布希加赛德博士补充道,这项研究的主要作者。

“这些修改mini-organs然后注入免疫力低下小鼠的肠道上皮细胞和基因对肠道功能的影响研究。”

然而,这种方法有几个缺点。瀑样必须首先在细胞培养中生长和传播在实验室之前他们可以随后被特定的病毒载体转基因。这一切都发生在生物体,这意味着mini-organs缺乏他们的自然环境,,然而,调节肠上皮细胞的自然发生的开发和维护。

文化引发的自然生长条件,改变可以发生在肠道干细胞,然后不准确地反映在自然条件下的功能基因。

问题也出现在移植,因为由于小肠的长度和从外部可访问性差,移植瀑样仍局限于降低结肠癌和整体效率低,限制了研究只有少数基因。

”,因为这些限制和问题,有必要找到一种新的方法,使原位基因改造的插入,在自然环境中直接的原状肠道上皮细胞,以及使多个基因的功能研究在自然肠道上皮细胞,“加赛德博士说。“这也有优势文化细胞可以进行选择和异常变化,扰乱基因功能的鉴定在修改的细胞。”

研究肠道上皮细胞的新方法

研究人员成功地开发一个健壮的和可复制的过程,可以引入大量转基因干细胞的未修改的,天然肠道上皮细胞不需要移植。“我们实验室小鼠用于研究在许多方面密切反映人类的肠道上皮的生理条件,”鲁道夫教授的报告。

由于难以解剖位置的干细胞,它深深隐藏在成年小鼠的肠道上皮隐窝,一个特殊的显微镜下注射技术的早期胚胎发育期间使用老鼠。这是因为在这个开发的早期阶段,肠还翻了个底朝天,使它更易于被引入目标基因的修改。

巨大的广泛的应用

这项研究的结果表明,该新技术可用于研究基因功能在肠道上皮细胞在发展和在成年动物。此外,该方法有可能识别基因老化,影响致癌作用和微生物之间的相互作用(肠道中的细菌)和主机。

该方法的主要优点是,它允许将体内的遗传屏幕进行原状肠道上皮细胞的小鼠和也可能在其他器官模型。因此,胃肠道的所有区域,包括胃、小肠和结肠,可以转基因研究。

同样重要的是,这项技术可以应用到其他器官来源于内胚层,如胰脏、肝脏、膀胱、和肺,所以该方法可以是非常有益的在其他领域的研究。这种方法的发展具有十分重要的研究这些器官,特别是加速发现生物学,功能,肠道上皮细胞的疾病的发展。