Ученые сравнили генетическую активность мышечных клеток медведей в зимней спячке и лежачих больных

Исследователи из Германии и США на генетическом уровне исследовали процессы в мышцах медведей во время зимней спячки с целью найти способ избежать атрофии мышц у пациентов, которые оказались надолго прикованными к постели.

Бурые медведи проводят в спячке значительное время. Гризли из штата Вашингтон, чьи образцы были использованы в исследовании, впадают в спячку между ноябрем и декабрем и выходят из нее в марте. С точки зрения физиологии, спячка — очень странное состояние: обмен веществ замедляется, частота сердечных сокращений падает, моча и кал не выделяются, количество азота в крови возрастает и медведь становится устойчивым к инсулину. При этом у медведей отсутствует какая-либо атрофия мышц, которая неминуемо наступает при длительной неподвижности у людей.

Команда, возглавляемая профессором Майклом Готхардтом (Michael Gotthardt), руководителем группы по нервно-мышечной и сердечно-сосудистой клеточной биологии Центра молекулярной медицины имени Макса Дельбрюка в Берлине занялась выяснением того, какие гены в мышечных клетках медведя активно синтезируют белки и какое влияние это оказывает на клетки. Образцы мышечной ткани медведей, взятые как в периоды активности, так и во время спячки, ученым предоставили коллеги из Университета штата Вашингтон.

«Комбинируя передовые методы секвенирования с масс-спектрометрией, мы хотели определить, какие гены и белки активируются или выключаются как во время, так и в период спячки, — объясняет Готхардт. — Эта задача оказалась сложной, потому что не был известен ни полный геном, ни протеом, то есть совокупность всех белков медведя гризли». На втором этапе Готхардт и его команда сравнили полученные данные с генной активностью у людей, мышей и нематод.

Ученые обнаружили белки, которые сильно влияют на метаболизм аминокислот у медведя во время зимней спячки. В результате в его мышечных клетках содержится большее количество некоторых заменимых аминокислот (non-essential amino acids, NEAA), то есть тех аминокислот, которые организм способен синтезировать самостоятельно. «В экспериментах с изолированными мышечными клетками людей и мышей, которые были подвержены атрофии, рост клеток также может стимулироваться NEAA, — рассказывает Готхардт. — Однако из более ранних клинических исследований известно, что введение в организм этих аминокислот в форме таблеток или порошков недостаточно для предотвращения атрофии мышц у пожилых или прикованных к постели людей. Очевидно, для мышц важно самим производить эти аминокислоты, иначе аминокислоты могут не достичь тех мест, где они необходимы». Перспективным способом лечения атрофии у людей, по мнению ученого, может стать попытка побудить мышцу человека самостоятельно вырабатывать NEAA путем активации соответствующих метаболических путей.

Чтобы выяснить, какие сигнальные пути необходимо активировать в мышцах, Готхардт и его команда сравнили активность генов у медведей гризли, людей и мышей. Необходимые данные были получены от пожилых или прикованных к постели пациентов, а также от мышей, страдающих мышечной атрофией, например, в результате уменьшения движения из-за наложенной гипсовой повязки. «Мы хотели выяснить, какие гены по-разному регулируются у животных, находящихся в спячке, и тех, кто этого не делает», — объясняет Готхардт.

Однако таких генов оказалось очень много. Чтобы сузить круг возможных кандидатов, которые могут оказаться отправной точкой для терапии мышечной атрофии, команда перешла к экспериментам с нематодами. У этих червей отдельные гены можно относительно легко деактивировать, и быстро увидеть, как это влияет на рост мышц. С помощью этих экспериментов команда нашла несколько генов, влияние которых они надеются исследовать в будущих работах на мышах. К ним относятся гены Pdk4 и Serpinf1, которые участвуют в метаболизме глюкозы и аминокислот, и ген Rora, который способствует развитию циркадных ритмов.

Итоги исследования опубликованы в журнале Scientific Reports.

Источник: polit.ru