Одним из многих эффектов старения является потеря мышечной массы, что приводит к инвалидности у пожилых людей. Чтобы противостоять этой потере, ученые из Института Солка изучают способы ускорения регенерации мышечной ткани, используя комбинацию молекулярных соединений, которые обычно используются в исследованиях стволовых клеток.
В исследовании, опубликованном 25 мая 2021 года в Nature Communications, исследователи показали, что использование этих соединений увеличивает регенерацию мышечных клеток у мышей за счет активации предшественников мышечных клеток, называемых миогенными предшественниками. Несмотря на то, что требуется дополнительная работа, прежде чем этот подход можно будет применить на людях, исследование дает представление об основных механизмах, связанных с регенерацией и ростом мышц, и может однажды помочь спортсменам, а также пожилым людям более эффективно регенерировать ткани.
"Утрата этих предшественников связана с возрастной дегенерацией мышц," говорит профессор Солка Хуан Карлос Изписуа Бельмонте, старший автор статьи. "Наше исследование раскрывает конкретные факторы, способные ускорить регенерацию мышц, а также раскрывает механизм, с помощью которого это произошло."
Соединения, использованные в исследовании, часто называют факторами Яманака в честь открывшего их японского ученого. Факторы Яманака – это комбинация белков (называемых факторами транскрипции), которые контролируют копирование ДНК для трансляции в другие белки. В лабораторных исследованиях они используются для преобразования специализированных клеток, таких как клетки кожи, в более похожие на стволовые клетки клетки, которые являются плюрипотентными, что означает, что у них есть способность превращаться во множество различных типов клеток.
"Наша лаборатория ранее показала, что эти факторы могут омолаживать клетки и способствовать регенерации тканей у живых животных," говорит первый автор Чао Ван, научный сотрудник лаборатории Изписуа Бельмонте. "Но как это происходит, ранее не было известно."
Регенерация мышц опосредуется мышечными стволовыми клетками, также называемыми сателлитными клетками. Клетки-сателлиты расположены в нише между слоем соединительной ткани (базальная пластинка) и мышечными волокнами (миофибриллами). В этом исследовании команда использовала две разные модели мышей, чтобы точно определить специфические для мышечных стволовых клеток или нишевые изменения после добавления факторов Яманака. Они сосредоточились на молодых мышах, чтобы изучить влияние факторов, не зависящих от возраста.
В модели, специфичной для миофибрилл, они обнаружили, что добавление факторов Яманака ускоряет регенерацию мышц у мышей за счет снижения уровня белка Wnt4 в нише, который, в свою очередь, активирует сателлитные клетки. Напротив, в модели, специфичной для сателлитных клеток, факторы Яманака не активировали сателлитные клетки и не улучшали регенерацию мышц, что позволяет предположить, что Wnt4 играет жизненно важную роль в регенерации мышц.
По словам Изписуа Бельмонте, который возглавляет кафедру Роджера Гиймена, наблюдения этого исследования могут в конечном итоге привести к новым методам лечения, нацеленным на Wnt4.
"Наша лаборатория недавно разработала новые технологии редактирования генов, которые можно использовать для ускорения восстановления мышц после травм и улучшения мышечной функции," он говорит. "Мы могли бы потенциально использовать эту технологию либо для прямого снижения уровня Wnt4 в скелетных мышцах, либо для блокирования связи между Wnt4 и мышечными стволовыми клетками."
Исследователи также изучают другие способы омоложения клеток, в том числе с помощью мРНК и генной инженерии. Эти методы могут в конечном итоге привести к новым подходам к ускорению регенерации тканей и органов.