Ученые назвали механизм восстановления стареющих мышечных тканей
Международная группа исследователей установила молекулярный механизм, благодаря которому физические нагрузки помогают противодействовать возрастному ослаблению мышц. Центральную роль в этом процессе играет ген ДЕАФ1, влияющий на обновление белков внутри мышечных клеток. Открытие может стать основой для разработки новых способов борьбы с потерей мышечной силы в пожилом возрасте. Результаты исследования опубликованы в научном журнале Национальной академии наук США.
Работу провели специалисты Медицинской школы Университета Дьюка и Национального университета Сингапура при участии ученых Сингапурской больницы общего профиля и Кардиффского университета. Исследователи сосредоточились на клеточных процессах, которые постепенно нарушаются по мере старения организма.
С возрастом мышечная ткань становится менее устойчивой к повреждениям, медленнее восстанавливается и постепенно теряет силу. Одной из причин этих изменений считается нарушение равновесия между образованием новых белков и разрушением старых клеточных компонентов.
Белки необходимы для поддержания структуры мышечных волокон и выполнения их основных функций. Однако для нормальной работы клеткам недостаточно только производить новые молекулы. Не менее важно своевременно избавляться от поврежденных или утративших свои свойства белковых соединений.
Ученые установили, что существенное влияние на этот процесс оказывает ген ДЕАФ1. В стареющих мышцах его активность повышается, что приводит к нарушениям клеточного обмена и постепенному накоплению поврежденных компонентов.
Важным участником обнаруженного механизма оказался сигнальный комплекс, известный как мишень рапамицина в клетках млекопитающих первого типа. Он регулирует образование белков и процессы роста клеток.
В нормальных условиях активность этого комплекса помогает мышечной ткани поддерживать необходимые функции. Однако при продолжительном чрезмерном возбуждении сигнального механизма нарушается согласованность между синтезом новых белков и удалением поврежденных.
В результате клетки продолжают активно создавать белковые молекулы, но хуже справляются с очисткой от ненужных веществ. Постепенное накопление подобных компонентов отрицательно сказывается на состоянии мышц и способствует их возрастному ослаблению.
Исследователи выяснили, что повышение активности ДЕАФ1 усиливает работу этого сигнального комплекса. При этом сам ген находится под контролем особой группы регуляторных белков, участвующих в поддержании клеточного равновесия.
В молодом организме такие белки ограничивают чрезмерную активность ДЕАФ1. Однако по мере старения их регулирующее воздействие ослабевает. Это создает условия для усиленного образования белков и ухудшения процессов клеточной очистки.
Особое внимание специалисты уделили влиянию физических упражнений на обнаруженную последовательность биологических изменений.
Эксперименты показали, что двигательная активность стимулирует работу защитных регуляторных белков. Благодаря этому уровень ДЕАФ1 в мышечных клетках снижается, а активность сигнального комплекса возвращается к более сбалансированному состоянию.
Подобные изменения позволяют организму эффективнее удалять поврежденные клеточные компоненты и поддерживать нормальное обновление мышечной ткани.
Для проверки своей гипотезы ученые провели серию опытов с плодовыми мушками и лабораторными мышами. Исследования подтвердили, что уровень ДЕАФ1 непосредственно связан с состоянием стареющих мышц.
При искусственном повышении активности этого гена возрастные нарушения становились более выраженными. Мышечные клетки хуже избавлялись от поврежденных белков, что сопровождалось ухудшением их функционального состояния.
Напротив, подавление активности ДЕАФ1 способствовало восстановлению равновесия между созданием и разрушением белковых соединений. В результате наблюдались положительные изменения, связанные с поддержанием мышечной ткани.
Дополнительные эксперименты продемонстрировали, что физические нагрузки способны запускать аналогичные защитные процессы. Однако эффективность упражнений зависела от состояния регуляторных механизмов внутри клеток.
Когда исследователи искусственно блокировали защитные белки либо значительно повышали активность ДЕАФ1, положительное воздействие физической нагрузки ослабевало или исчезало.
По мнению авторов работы, это свидетельствует о важности обнаруженного молекулярного механизма для сохранения мышечной функции в процессе старения.
Ученые также обратили внимание на роль ДЕАФ1 в работе мышечных стволовых клеток. Эти клетки участвуют в восстановлении тканей после повреждений, однако с возрастом их способность обеспечивать полноценное обновление мышц постепенно ухудшается.
Нарушения клеточных процессов, связанные с повышенной активностью ДЕАФ1, могут дополнительно затруднять восстановление поврежденных мышечных волокон.
Полученные результаты открывают перспективы для дальнейшего изучения способов сохранения мышечной силы. В частности, исследователи рассматривают возможность воздействия на обнаруженный ген и связанные с ним клеточные механизмы.
В будущем такие подходы потенциально могут оказаться полезными для пациентов, которые по состоянию здоровья не способны выполнять необходимые физические упражнения. К их числу относятся люди, проходящие восстановление после тяжелых заболеваний и операций, а также пациенты с некоторыми хроническими болезнями.
Одним из направлений дальнейшей работы может стать создание методов, воспроизводящих отдельные полезные молекулярные эффекты физической активности без самой нагрузки.
Вместе с тем исследователи подчеркивают, что полученные данные пока имеют экспериментальный характер. Основные результаты были получены при изучении плодовых мушек и мышей, поэтому переносить их непосредственно на человека преждевременно.
Для создания новых способов лечения потребуется провести дополнительные исследования, подтверждающие эффективность и безопасность воздействия на выявленный механизм у людей.
Таким образом, ученым удалось определить одну из биологических причин возрастного ослабления мышц и объяснить, каким образом двигательная активность помогает поддерживать их нормальную работу.
Дальнейшее изучение роли ДЕАФ1 может способствовать разработке дополнительных методов профилактики возрастной потери мышечной массы, сохранения подвижности и улучшения восстановления мышечной ткани.
