Ключевой ген даёт возможность восстанавливаться поврежденной мускулатуре на протяжении жизни. Это открытие было сделано на основе изучения мышей, проводимого исследователями в Медицинском центре Лангон Нью-Йоркского университета и в Университете Колорадо, в городе Боулдер, которое было опубликовано 21 июля в онлайн-журнале Сэлл Репортс (Cell Reports).
Результаты исследования предполагают, что данный «нераспознанный» ген может играть немаловажную роль в саркопении, потере мышечной массы с возрастом.
Команда исследователей обнаружила, что уровни белка, известного как AUF1, определяют, способны ли пулы стволовых клеток регенерировать мышечную ткань после её повреждения или в процессе старения у мышей. Изменения в работе белка AUF1 также были связаны с прошедшими исследованиями мышечных заболеваний человека.
Более 30 генетических заболеваний, в основном известных как миопатия, включают дефекты в регенерационных процессах, в результате чего мышцы ослабевают или разрушаются. Клиническая картина и период определения диагнозов меняются. Мышечная дистрофия Дюшенна развивается в детском возрасте, поясно-конечностная мышечная дистрофия начинается с ослабления тазового пояса и конечностей в период взросления, а саркопения появляется у пожилых пациентов.
«Эта работа раскрывает возникновение определенных мышечных заболеваний прямо внутри стволовых клеток, и показывает, что AUF1 — это жизненно важный контроллер судьбы стволовых клеток», — говорит Роберт Шнайдер, доктор философии, Альберт Б. Сабин профессор микробиологии молекулярного патогенеза, глава отдела терапевтического объединения в Медицинском центре Лангон.
«Развитие стволовых клеток заметно уменьшается, когда работа белка AUF1 неисправна, что способствует более частому повреждению мышц и после каждого повреждения регенерация терпит неудачу», — говорит Шнайдер.
Отмеченный для разрушения
Результаты исследования крутятся вокруг одной части генной экспрессии, в которой инструкции для построения белков, закодированные в цепях ДНК, считываются промежуточным звеном, известным как матричная РНК (мРНК). Из белков формируется тело, энзимы, сигналы. Экспрессия определенных генов, которая должна быстро включаться или отключаться, частично контролируется путём целенаправленного разрушения их мРНК, — эту работу выполняют белки, такие как AUF1.
Исследователи обнаружили, что мРНК контролирует также и судьбу стволовых клеток, которые образуются в человеческом эмбрионе, делятся и проходят процесс дифференциации в утробе матери, пока не превратятся в наши кости, кожу, мышцы и остальные типы материй. Некоторые материи поддерживают определенную совокупность стволовых клеток и в зрелом возрасте, готовых для замены или регенерации при необходимости поврежденных тканей.
Следуя по поврежденной мышце, мышечные стволовые клетки получают сигнал к восстановлению поврежденной ткани, процесс, который, как выяснили исследователи, контролируется белками AUF1. Среди целей мРНК по считыванию белка AUF1 в мышечных стволовых клетках, исследователи обнаружили ещё одну функцию, которая кодирует «главный регулятор» регенерации взрослых мышц — белок, известный как ММР9. Этот фермент разрушает другие белки, в конечном счете, контролируя их уровни экспрессии.
Текущие исследования обнаружили, что у мышей, выведенных с отсутствующим геном AUF1, активность MMP9 возрастала и снижался уровень восстановления тканей, управляемого стволовыми клетками. Происходило самоуничтожение пулов стволовых клеток, в то время как в нормальных условиях пулы стволовых клеток должны восстанавливать мышцы и разрушать ниши, в которых размещены мышечные стволовые клетки, ожидающие активации. В совокупности это приводило к резкому и непрерывному разрушению скелетных мышц.
Исследователи показали, что они могли бы восстановить нормальное функционирование мышечных стволовых клеток и связанную с этим мышечную регенерацию у мышей, лишенных AUF1, путем перепрофилирования препарата, разработанного для лечения рака и блокирующего активность ММР9.
«Это потенциально открывает нам способы лечения, ускоряющие регенерацию мышц после их повреждения, или лечения определенных типов мышечных дистрофий, которые развиваются во взрослом возрасте», — говорит Шнайдер. «Возможно, мы сможем лечить различные дегенеративные заболевания с помощью увеличения уровня резидентных стволовых клеток через таргетинг MMP9 даже в клетках с нормальным уровнем AUF1.»
«Однажды было выдвинуто предположение, что AUF1 является лишь меткой для мРНК, из-за чего он не особенно нужен и может быть утилизирован», как говорит первый автор Дэвон Шенет (Devon Chenette), аспирант, которая возглавила работу в лаборатории доктора Шнайдера. «Однако же наши результаты свидетельствуют о том, что AUF1 — это ключевой регулятор судьбы стволовых клеток и связанной с этим способности регенерации тканей взрослого».
Источник: NYU Langone Medical Center / New York University School of Medicine
Оригинал: Gene controls regeneration of injured muscle by adult stem cells
https://www.sciencedaily.com/releases/2016/07/160721143456.htm
Перевод: Юлия Иваненко