Обнаружен потенциальный фактор, способствующий развитию болезни Крона: нарушение функций митохондрий может привести к дисбалансу микробиома кишечника

Исследование: митохондрии и болезнь Крона

Исследователи из Технического университета Мюнхена выявили связь между нарушениями функций митохондрий и болезнью Крона. В своей работе, опубликованной в журнале Cell Host & Microbe, они показали, что дефектные митохондрии вызывают симптомы хронического воспаления кишечника и влияют на микробиом.

Болезнь Крона: симптомы и причины

Болезнь Крона характеризуется такими симптомами, как хроническая диарея, боль в животе и лихорадка. Причины заболевания до конца не изучены, но известно, что изменения в микробиоме кишечника связаны с воспалительными заболеваниями. Некоторые исследователи рассматривают эти изменения как триггер заболевания.

Исследование митохондрий и микробиома

Команда под руководством Дирка Халлера искала причины изменений в микробиоме, исследуя взаимодействие микробиома, кишечного эпителия и митохондрий.

Кишечный эпителий и митохондрии

Кишечный эпителий — это слой клеток, выстилающий внутреннюю часть кишечника и выполняющий ряд функций, включая поглощение питательных веществ и борьбу с патогенами. Митохондрии — это клеточные структуры, преобразующие питательные вещества в энергию.

Эксперимент с мышами

В ходе исследования учёные нарушили функцию митохондрий у мышей, удалив сегмент гена, отвечающий за выработку белка Hsp60. Этот белок необходим для способности митохондрий выполнять свои задачи.

Результаты эксперимента

В результате в эпителии кишечника были выявлены повреждения тканей, аналогичные тем, которые наблюдаются у пациентов с болезнью Крона. Также наблюдались изменения на уровне активации генов, характерные для некоторых стадий заболевания. Кроме того, микробиом отреагировал на разрушенные митохондрии, изменив свой состав.

Важное открытие

Дирк Халлер и его команда впервые смогли продемонстрировать, что нарушения в митохондриях причинно связаны с повреждением тканей кишечника и вызывают изменения в микробиоме, связанные с заболеванием.

Потенциальные подходы к лечению

Это открытие может иметь важное значение для людей с воспалительными заболеваниями, поскольку оно представляет потенциальные подходы к новым методам лечения. В настоящее время лечение ограничивается облегчением симптомов заболевания противовоспалительными препаратами.

Заключение

«Большая надежда состоит в том, чтобы найти активные ингредиенты, которые восстановят функциональность разрушенных митохондрий», — говорит Дирк Халлер. «Наши результаты показывают, что препараты, воздействующие на митохондриальные пути или связи между микробиомом и митохондриями, могут быть ключевым аспектом более эффективных методов лечения».

Литература:
Elisabeth Urbauer et al, Mitochondrial perturbation in the intestine causes microbiota-dependent injury and gene signatures discriminative of inflammatory disease, Cell Host & Microbe (2024). DOI: 10.1016/j.chom.2024.06.013

Possible trigger of Crohn’s disease discovered: Dysfunctional mitochondria disrupt the gut microbiome

Disruptions of mitochondrial functions have a fundamental influence on Crohn’s disease. This connection has now been demonstrated by researchers at the Technical University of Munich (TUM). In a study published in Cell Host & Microbe, they show that defective mitochondria in mice trigger symptoms of chronic intestinal inflammation and influence the microbiome.

Typical symptoms of Crohn’s disease include chronic diarrhea, abdominal pain and fever. Although the causes of Crohn’s disease are not yet fully understood, it has been known for some years that changes in the gut microbiome (that is to say the community of microbes that live in the intestinal tract) are associated with inflammatory diseases. Some researchers see these changes—the causes of which remain unknown—as the trigger of the disease.

A team working with Dirk Haller, chair of nutrition and immunology and director of the Institute for Food and Health at TUM (ZIEL), has searched for the causes of these changes in the microbiome and investigated the interplay of the microbiome, the intestinal epithelium and mitochondria.

The intestinal epithelium is a cell layer that lines the inside of the intestine, absorbs nutrients and fights off pathogens. Mitochondria are small cellular structures that convert nutrients into energy and therefore influence the cellular metabolism and the ability of cells to perform their functions.

Mitochondria disruption leads to changes in the microbiome

Dirk Haller and his team have been pursuing the hypothesis that mitochondria not only serve as the power plants of cells, but also interact with the microbiome.

In addition, previous research has shown that the intestinal epithelium in patients with chronic intestinal inflammation exhibit certain stress markers indicating possible mitochondrial malfunction.

For their study, the researchers therefore disrupted mitochondrial function in mice by deleting a gene segment responsible for producing the protein Hsp60. This protein is essential to the ability of mitochondria to perform their tasks. The intervention triggered various processes in the gut.

For one, tissue injuries were identified in the intestinal epithelium similar to those seen in Crohn’s disease patients. Changes were also seen at the level of gene activation that are typical of some stages of the disease. In addition—an essential development for the question investigated by the team—the microbiome responded to the disrupted mitochondria by changing its composition.

As a result, Dirk Haller and his team were able to demonstrate for the first time that disruptions to mitochondria are causally related to tissue damage in the intestines and also trigger disease-related changes in the microbiome.

Prospects for new drugs

This insight may prove important to persons with inflammatory conditions because it presents potential approaches for new treatments. Currently, treatment is limited to alleviating the symptoms of the disease with anti-inflammatory medications.

«The big hope is to find active ingredients that would restore the functionality of disrupted mitochondria, in other words, to repair them in a sense. This would limit intestinal damage as a trigger for chronic inflammation processes,» says Dirk Haller.

«Our results suggest that drugs that act on mitochondrial pathways or address the connections between the microbiome and mitochondria could be a key aspect of better treatments.»