Новый подход к восстановлению мышц с помощью стволовых клеток
Исследователи из Института науки Карнеги (Carnegie Institution for Science, США) обнаружили одну из причин проблемы регенерации скелетных мышц в пожилом возрасте – нарушение активности стволовых клеток вследствие снижения функциональности белков-регуляторов интегринов. Данное открытие, описанное 4 июля 2016 года в Nature Medicine, может эффективно использоваться для восстановления мышц после перенесённых заболеваний или в результате возрастных изменений.
В процессе старения функционирование, как и регенеративные способности скелетных мышц, ухудшаются, что негативно отражается на восстановлении пожилых людей после травмы или хирургического вмешательства. Новая работа американских учёных демонстрирует ключевую роль белка, известного как β1-интегрин, в процессе восстановления мышц.
Основным источником регенерации мышц после повреждений являются стволовые клетки (СК), находящиеся в состоянии покоя в мышечной ткани, в непосредственной близости от мышечных волокон, за что они изначально были названы клетками-спутниками или сателлитами. При получении травмы, СК активируются и начинают делиться, производя новые мышечные волокна и восстанавливая функциональность мышц. При этом часть клеток возвращается в состояние покоя, что позволяет многократно повторять процесс регенерации в случае необходимости.
Ведущая автор исследования Мишель Розо (Michelle Rozo) определила, что функция белка β1-интегрина является абсолютно необходимой для поддержания состояния покоя, активации, пролиферации и возвращения в «спящий режим» стволовых клеток мышц. Интегрины – это белки, которые, «интегрируя» в клетки поддерживают их связь с микроокружением, обеспечивая практически все стадии регенерации.
Учёные предположили, что дефекты β1-интегрина, вероятно, способствуют старению, которое сопровождается уменьшением количества и снижением функциональности мышечных стволовых клеток. Это выражается в том, что процесс восстановления после травмы или хирургического вмешательства проходит очень медленно и приводит к снижению мышечной массы, вплоть до длительного периода неподвижности.
«Неэффективность восстановления мышечной массы у пожилых людей является серьёзной клинической проблемой. Крайне необходимы новые терапевтические подходы в данном направлении, особенно учитывая старение населения», — объяснил соавтор исследования Чэн-Мин Фан (Chen-Ming Fan). «Обнаружение способа воздействия на мышечные стволовые клетки поможет значительно улучшить восстановление мышц у пожилых людей».
Авторы показали, что функциональность β1-интегрина снижается с возрастом. После его искусственной активации в мышцах старых мышей, регенерация мышечной ткани была восстановлена до уровня молодых животных. Также исследователи подчёркивают, что улучшение регенерации, силы и функции мышц были отмечены при лечении животных с мышечной дистрофией, что говорит о потенциальной важности метода в терапии мышечных заболеваний.
Стволовые клетки мышц используют β1-интегрин для взаимодействия со множеством других белков в микроокружении мышечной ткани. Среди них учёные обнаружили ключевой белок фибронектин, функции которого могут оказаться наиболее актуальны.
Для исследования взаимодействия фибронектина с β1-интегрином американские учёные объединились с коллегами из Института наук о здоровье Nestlé (Nestlé Institute of Health Sciences, Швейцария), Института изучения старения Лейбница (Leibniz Institute for Age Research, Германия), Больницы Исследовательского института Оттавы (Ottawa Hospital Research Institute, Канада) и Института биохимии Макса Планка (Max Planck Institute of Biochemistry, Германия).
Они обнаружили, что стареющие мышцы содержат значительно более пониженный уровень фибронектина по сравнению с молодыми. Его удаление из молодых мышц приводило к их старению, как и в случае с β1-интегрином, а повышение концентрации в стареющих мышцах, омолаживало их. Исследователи продемонстрировали тесную связь между β1-интегрином, фибронектином и регенерацией мышечных тканей.
«Наши результаты показывают, что основной причиной старения мышц является снижение уровня β1-интегрина и фибронектина в мышечных стволовых клетках, что делает данные белки очень перспективными терапевтическими мишенями», — сказал Фан.
