Новости

4 апреля, 2022 13:16

Ученые нашли способ борьбы с атрофией скелетных мышц

Российские ученые выяснили, что важную роль в атрофии скелетных мышц у крыс играет фермент протеинкиназа GSK-3. Если его заблокировать с помощью ингибитора, можно снизить скорость патологического процесса. Такой подход позволит разработать новые эффективные средства профилактики атаксии у космонавтов и пациентов земных реабилитационных центров. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале International Journal of Molecular Sciences.
Роль активности GSK-3 в подавлении биогенеза рибосом, синтеза белка и возникновении атрофии волокон камбаловидной мышцы в условиях функциональной разгрузки. Источник: Тимур Мирзоев

Скелетные мышцы — важная часть опорно-двигательного аппарата. Именно они отвечают за движения, сокращение голосовых связок, дыхание и прочее. В условиях микрогравитации, постельного режима, обездвиживания конечностей и искусственной вентиляции легких скелетные мышцы не используются. Из-за этого может значительно снижаться их масса, сила и в целом способность сокращаться. Даже короткие периоды бездействия могут быть опасны, например, для пожилых людей с саркопенией — возрастной атрофией мышц. Неиспользование скелетной мускулатуры для них чревато повышенным риском падений, переломов, развитием метаболических заболеваний и другими негативными последствиями для здоровья.

В связи с этим важно исследовать процессы, приводящие к мышечной атрофии. Основными из них считают замедление синтеза и одновременное ускорение распада мышечного белка. Скорость его образования во многом зависит от количества рибосом в мышечных волокнах. Именно с помощью этих внутриклеточных структур в организме создаются новые белки из аминокислот. Формирование новых рибосом (биогенез) — сложный клеточный процесс, требующий работы множества различных ферментов. Именно благодаря ему после силовых тренировок белки в мышцах синтезируются интенсивнее, в результате чего растет мышечная масса. Во время функциональной разгрузки, например при долгом бездействии, происходит обратный процесс — биогенез рибосом и синтез белков снижается, причем как у крыс, так и у людей. Однако молекулярные механизмы таких событий оставались неисследованными. Сегодня известно только, что важную роль в процессе может играть фермент киназа гликогенсинтазы-3 (GSK-3).

Ученые из Института медико-биологических проблем РАН (Москва) выяснили, что ингибитор протеинкиназы GSK-3 в период бездействия мышц частично предотвращает снижение синтеза мышечного белка. Биологи провели исследование на самцах крыс, у которых камбаловидные мышцы, расположенные на задней стороне голени, подвергались различным нагрузкам. Так, в рамках эксперимента животных случайным образом разделили на четыре группы. В первой крысы имели естественную весовую нагрузку в виде собственного тела — сидели и ходили по полу клетки, — во второй вдобавок получали инъекции ингибитора GSK-3. В третьей животных подвешивали таким образом, чтобы «разгрузить» задние конечности, а в четвертой, помимо подвешивания, им также делали инъекции препарата.

Спустя семь дней эксперимента камбаловидные мышцы крыс вырезали и заморозили в жидком азоте. Поперечные срезы полученной мышечной ткани специальным образом окрашивали и фотографировали под флуоресцентным микроскопом для анализа диаметра волокон. Кроме того, молекулярными методами ученые определили скорость синтеза белка, а также количество молекул-предшественников рибосом в клетках, что позволило оценить, насколько быстро идет биогенез этих структур.

Оказалось, что масса камбаловидных мышц у крыс из третьей группы, которые не испытывали никаких нагрузок, снизилась на 27%, а диаметр мышечных волокон уменьшился почти на 40%. Кроме того, «разгрузка» задних конечностей снизила скорость синтеза белка в камбаловидной мышце на 82% по сравнению с крысами из контрольной группы, задние конечности которых находились под нагрузкой. Введение ингибитора GSK-3 на фоне функциональной разгрузки позволило приостановить процесс деградации на 22%, благодаря чему площадь поперечного сечения мышечных волокон уменьшилась не так сильно.

«Исследование дает основания полагать, что GSK-3 может стать перспективной молекулярной мишенью для терапии мышечной атрофии, вызванной длительным бездействием. Это позволит предотвратить эту патологию у пациентов, вынужденных соблюдать длительный постельный режим, а также у космонавтов, проводящих в условиях невесомости в среднем по шесть месяцев», — комментирует руководитель проекта по гранту РНФ Тимур Мирзоев, старший научный сотрудник Института медико-биологических проблем РАН.
18 мая, 2022
Новые графитоподобные катализаторы помогут с рекордной эффективностью получать топливо для солнечной водородной энергетики
Новосибирские ученые предложили метод синтеза высокоактивного фотокатализатора для получения водород...
16 мая, 2022
Ученые синтезировали стабильные светящиеся нанометки, перспективные для диагностики рака
Санкт-Петербургские физики вместе с коллегами из Городского университета Гонконга предложили способ ...