Блокирование активности одного белка у старых мышей в течение одного месяца восстанавливает массу и силу иссохших мышц животных и помогает им дольше бегать на беговой дорожке, согласно исследованию исследователей из Медицинской школы Стэнфордского университета. И наоборот, увеличение экспрессии белка у молодых мышей приводит к атрофии и ослаблению их мышц.

"Улучшение действительно весьма драматично", - сказала Хелен Блау, доктор философии, профессор микробиологии и иммунологии. "Старые мыши примерно на 15-20% сильнее после одного месяца лечения, и их мышечные волокна выглядят как молодые мышцы. Учитывая, что люди теряют около 10% мышечной силы за десятилетие после 50 лет, это весьма примечательно."

Ранее этот белок не был вовлечен в процесс старения. Исследователи показывают, что количество белка, называемого 15-ПГДГ, повышено в старых мышцах и широко экспрессируется в других старых тканях. Эксперименты, которые они провели на человеческих тканях, вселяют надежду на будущее лечение мышечной слабости, возникающей с возрастом.

Блау, профессор Фонда Дональда э. и Делии Б. Бакстеров и директор лаборатории биологии стволовых клеток Бакстера, является старшим автором исследования, которое будет опубликовано в интернете 10 декабря в журнале Science. Ведущий автор-старший научный сотрудник Аделаида Палла, доктор философии.

Потеря мышечной массы при старении

Потеря мышечной массы во время старения известна как саркопения, и на нее приходится миллиарды долларов расходов на здравоохранение в Соединенных Штатах каждый год, поскольку люди теряют способность заботиться о себе, испытывают больше падений и становятся все менее мобильными. Это происходит из-за изменений в структуре и функциях мышц: мышечные волокна сокращаются, а количество и функции клеточных электростанций, известных как митохондрии, уменьшаются.

Блау и ее коллеги давно интересовались изучением функции мышц после мышечных травм и таких заболеваний, как мышечная дистрофия Дюшенна. Ранее они обнаружили, что молекула под названием простагландин Е2 может активировать мышечные стволовые клетки, которые вступают в действие для восстановления поврежденных мышечных волокон.

"Мы задавались вопросом, Может ли этот же путь также быть важным в старении", - сказал Блау. "Мы были удивлены, обнаружив, что PGE2 не только усиливает функцию стволовых клеток в регенерации, но и действует на зрелые мышечные волокна. У него есть мощная двойная роль."

Уровень простагландина Е2 регулируется 15-ПГДГ, который расщепляет простагландин Е2. Исследователи использовали высокочувствительную версию масс-спектрометрии, метода дифференцировки близкородственных молекул, чтобы определить, что по сравнению с молодыми мышами уровень 15-ПГДГ в мышцах более старых животных повышен, а уровень простагландина Е2 ниже.

Они обнаружили аналогичную картину экспрессии 15-PGDH в мышечных тканях человека, поскольку у людей в возрасте 70-80 лет и в начале 80-х годов уровень экспрессии был выше, чем у людей в возрасте 20 лет.

"Мы знали из нашей предыдущей работы, что простагландин Е2 полезен для регенерации молодых мышц", - сказал Палла. - Но его короткий период полураспада затрудняет перевод в терапию. Когда мы ингибировали 15-ПГДГ, мы наблюдали системное повышение уровня простагландина Е2, приводящее к улучшению мышц всего тела у пожилых мышей."

Ингибирования 15-PGDH

Исследователи вводили мышам небольшую молекулу, блокирующую активность 15-ПГДГ, ежедневно в течение одного месяца и оценивали эффект лечения на старых и молодых животных.

"Мы обнаружили, что у старых мышей даже частичное ингибирование 15-PGDH восстанавливает простагландин Е2 до физиологических уровней, обнаруженных у молодых мышей", - сказал Блау. "Мышечные волокна у этих мышей стали больше и сильнее, чем до лечения. Митохондрии были более многочисленными и выглядели и функционировали как митохондрии в молодых мышцах."

Обработанные животные также могли бегать на беговой дорожке дольше, чем необработанные.

Когда Палла и ее коллеги провели обратный эксперимент-сверхэкспрессию 15-ПГДГ у молодых мышей-произошло обратное. Животные теряли мышечный тонус и силу, их мышечные волокна сокращались и становились слабее, как у старых животных.

Наконец, исследователи наблюдали влияние простагландина Е2 на миотрубки человека —незрелые мышечные волокна—растущие в лабораторной чашке. Они обнаружили, что обработка миотрубок простагландином Е2 вызывает их увеличение в диаметре, а синтез белка в миотрубках увеличивается—свидетельство того, что простагландин Е2 действует непосредственно на мышечные клетки, а не на другие клетки в тканевом микроокружении.

"Ясно, что этот единственный регулятор, 15-PGDH, оказывает глубокое влияние на мышечную функцию", - сказал Блау. "Мы надеемся, что эти результаты могут привести к новым способам улучшения здоровья человека и повлиять на качество жизни многих людей. Это одна из моих главных целей."

Блау и Палла изучают больше о том, что контролирует уровни и активность 15-ПГДГ во время нормального старения, и как это может повлиять на функцию других тканей в организме.

"Мыши лучше работают на беговой дорожке, но это требует большего, чем просто увеличение мышечной силы", - сказал Блау. - Задействованы и другие системы органов-сердце и легкие, например. Это говорит об общем улучшении функции всего животного."

ИСТОЧНИК