Ο πρώτος γενετικός χάρτης του ανθρώπινου ήπατος εξηγεί γιατί το πειράζουν λίπη και υδατάνθρακες

Το μεγαλύτερο εσωτερικό όργανο του ανθρώπου χαρτογραφήθηκε με πρωτοφανή λεπτομέρεια και αποκαλύφθηκε ότι η εσωτερική οργάνωση και η κατανομή εργασίας του είναι πολύ πιο σύνθετη απ’ όσο πιστεύαμε μέχρι σήμερα. Η νέα μελέτη, που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature από ερευνητές του Ινστιτούτου Weizmann, του Ιατρικού Κέντρου Sheba και της Mayo Clinic, παρουσιάζει τον πρώτο γενετικό άτλαντα υγιούς ανθρώπινου ήπατος με ανάλυση 2 micron.

Το ήπαρ αποτελείται από μικρές εξαγωνικές λειτουργικές μονάδες, τα ηπατικά λόβια, καθένα από τα οποία επιτελεί περισσότερες από 500 λειτουργίες ταυτόχρονα. Ήδη από τις δεκαετίες του 1970 και του 1980 είχε φανεί ότι τα ηπατικά κύτταρα μοιράζονται αυτές τις εργασίες ανάλογα με τη θέση τους μέσα σε κάθε λόβιο, όμως τα τεχνολογικά μέσα της εποχής δεν επέτρεπαν λεπτομερή εικόνα.

Πώς έγινε εφικτός ο χάρτης

Τα τελευταία χρόνια, η πρόοδος στις τεχνολογίες ανάλυσης επέτρεψε στους επιστήμονες να εντοπίζουν ποια γονίδια είναι ενεργά σε κάθε κύτταρο και ταυτόχρονα να χαρτογραφούν την ακριβή θέση του μέσα στον ιστό. Παρ’ όλα αυτά, η δημιουργία ενός πλήρους χάρτη του ανθρώπινου ήπατος δεν ήταν εφικτή, κυρίως επειδή ήταν εξαιρετικά δύσκολη η εξασφάλιση δειγμάτων από υγιείς δότες, αναφέρει η ανακοίνωση του Ινστιτούτου Weizmann.

Η λύση ήρθε μέσα από τη δωρεά ήπατος εν ζωή. Επειδή το ήπαρ έχει εντυπωσιακή ικανότητα αναγέννησης, υγιείς άνθρωποι μπορούν να δωρίσουν σημαντικό τμήμα του οργάνου τους. Οι ερευνητές μελέτησαν οκτώ δείγματα από υγιείς δότες και δημιούργησαν έναν άτλαντα γονιδιακής έκφρασης του ανθρώπινου ήπατος.

Οκτώ περιοχές με διαφορετικούς ρόλους

Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι χιλιάδες γονίδια ενεργοποιούνται σε διαφορετικά επίπεδα ανάλογα με τη θέση των κυττάρων, αποκαλύπτοντας μια πολύ πιο ακριβή και πολύπλοκη εσωτερική οργάνωση. Αντί για τη χονδρική διαίρεση σε τρεις λειτουργικές ζώνες, που θεωρούνταν δεδομένη επί δεκαετίες, ο νέος άτλαντας εντόπισε οκτώ διακριτές περιοχές με διαφορετικούς ρόλους.

Η ανακάλυψη αυτή βοηθά να εξηγηθεί και γιατί ορισμένες παθήσεις εμφανίζονται σε συγκεκριμένα σημεία του ήπατος. Οι μεταβολικές νόσοι, για παράδειγμα, τείνουν να ξεκινούν στο κέντρο του λοβίου, ενώ οι ιογενείς και αυτοάνοσες φλεγμονές εντοπίζονται κυρίως στην περιφέρειά του. Αντίστοιχα, και ο καρκίνος του ήπατος ή οι μεταστάσεις άλλων καρκίνων φαίνεται να έχουν τις δικές τους «προτιμώμενες» περιοχές.

Σύγκριση με άλλα θηλαστικά

Για να συγκρίνουν τον άνθρωπο με άλλα είδη, οι επιστήμονες χαρτογράφησαν επίσης υγιή ήπατα ποντικών, χοίρων και αγελάδων. Σε όλα τα θηλαστικά, το αίμα ρέει μέσα στο λόβιο από την περιφέρεια προς το κέντρο, μεταφέροντας οξυγόνο και θρεπτικά συστατικά. Στα περισσότερα θηλαστικά, το κέντρο, όπου οι πόροι είναι πιο περιορισμένοι, εμφανίζει χαμηλότερη κυτταρική δραστηριότητα. Στον άνθρωπο, όμως, συμβαίνει το αντίθετο: το κέντρο του λοβίου αποδείχθηκε ιδιαίτερα ενεργό, αναλαμβάνοντας μεταξύ άλλων τη σύνθεση λιπών, την παραγωγή γλυκόζης κατά τη νηστεία, το φιλτράρισμα τοξινών και την έκκριση χολής.

Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει και το πώς το ανθρώπινο ήπαρ διαχειρίζεται τη γλυκόζη. Η μελέτη έδειξε ότι στους ανθρώπους η πρόσληψη γλυκόζης γίνεται κυρίως στο κέντρο των λοβίων, σε αντίθεση με ό,τι παρατηρείται στα ποντίκια. Σύμφωνα με τους ερευνητές, αυτό το σύστημα είναι ταυτόχρονα πλεονέκτημα και αδυναμία: επιτρέπει την αποτελεσματική αποθήκευση ενέργειας, αλλά δεν είναι προσαρμοσμένο στη σύγχρονη διατροφή, πλούσια σε λίπη και υδατάνθρακες, κάτι που ίσως εξηγεί γιατί το ανθρώπινο ήπαρ είναι επιρρεπές στη συσσώρευση λίπους και στην ίνωση.

Ανοίγει ο δρόμος για νέες θεραπείες

Στο τελευταίο μέρος της έρευνας, οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν τον νέο άτλαντα για να παρακολουθήσουν την έναρξη της λιπώδους νόσου του ήπατος που σχετίζεται με μεταβολική δυσλειτουργία, μιας συχνής πάθησης που συνδέεται με την παχυσαρκία και τον διαβήτη. Διαπίστωσαν ότι τα κύτταρα που αρχίζουν να συσσωρεύουν λίπος ενεργοποιούν έναν προστατευτικό μηχανισμό, όμως αυτή η άμυνα περιορίζεται από μεταβολές στα μιτοχόνδρια, τα οργανίδια που είναι υπεύθυνα για τη διάσπαση των λιπών.

Οι ερευνητές εκτιμούν ότι η τόσο ακριβής χαρτογράφηση ίσως ανοίξει τον δρόμο για θεραπείες που θα στοχεύουν συγκεκριμένα γονίδια και συγκεκριμένες ευάλωτες περιοχές του ήπατος. Παράλληλα, η ίδια μέθοδος θα μπορούσε να εφαρμοστεί και σε άλλα ανθρώπινα όργανα, αλλάζοντας ριζικά την κατανόησή μας για τη δομή και τη λειτουργία του σώματος.