«Гормон подвижности» защитил мышцы крыс от истощения в период отсутствия нагрузок
Проведённое в Институте медико-биологических проблем РАН исследование показало, что защитить мышцы крыс от слабости и истощения при длительном отсутствии нагрузок может пептид MOTS-c. Это вещество иногда называют «гормоном подвижности», поскольку оно вырабатывается в клетках при физической активности, увеличивая выносливость мускулов. Пептиды MOTS-c вводили крысам при семидневной имитации невесомости, и это позволило полностью сохранить выносливость их мышц и препятствовало уменьшению объёма мышечной массы на 10–15 % по сравнению с животными, не получавшими инъекции.
Открытие потенциально может быть полезно при разработке препаратов для поддержания здоровья космонавтов в условиях низкой гравитации и пациентов с продолжительным постельным режимом. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в Journal of Muscle Research and Cell Motility.
Сотрудники лаборатории миологии ИМБП РАН под руководством профессора Бориса Стивовича Шенкмана
Мышечная масса космонавтов при низкой гравитации за две недели сокращается на 20 %. Это явление — атрофию (истощение) мышц — испытывают также пациенты, вынужденные долгое время соблюдать постельный режим, пожилые и даже здоровые люди, столкнувшиеся с резким снижением физической активности как, например, в период карантина 2020 года. Помимо объёма и массы мускулы без регулярных тренировок также утрачивают выносливость. Это происходит из-за изменения типа волокон, из которых состоят мышцы. Так, медленные волокна помогают поддерживать осанку и переносить длительную однообразную нагрузку как при марафонском забеге. Быстрые позволяют совершать резкие, сильные, но непродолжительные движения, например, прыжок. В медленных волокнах больше митохондрий — компонентов клеток, отвечающих за производство энергии, что и позволяет им работать длительное время. В периоды физической активности митохондрии вырабатывают пептид MOTS-c — «гормон подвижности», — который нужен для поддержания правильной работы как медленных мышечных волокон, так и самих клеточных компонентов. При отсутствии длительных и постоянных физических нагрузок этот пептид не выделяется, из-за чего митохондрии хуже работают, мышцы слабеют, медленных волокон становится меньше, и человек может уставать даже от короткой прогулки.
Эксперимент на крысах показал, что введение MOTS-c при недельном отсутствии нагрузок предотвращает атрофию мышц, превращение медленных волокон в быстрые и снижение выносливости. Для этого животных разделили на три группы по восемь особей. Крысы контрольной группы жили в обычных лабораторных клетках. Животных других групп содержали в специальных клетках для разгрузки задних конечностей — крыс подвесили так, чтобы задние лапы не касались опоры. Из-за этого их камбаловидные мышцы — медленные мышцы, участвующие в ходьбе, — были полностью лишены нагрузки, как при невесомости. При этом животные могли перемещаться по клетке в любом направлении, используя только передние лапы. Крысы одной из групп в условиях такой разгрузки ежедневно получали искусственно синтезированный крысиный MOTS-c.
Крыса линии Wistar из эксперимента проекта
После семи дней эксперимента исследователи отметили, что содержание пептида в мышцах у животных, не получавших пептид при разгрузке, снизилось на 60 % по сравнению с контрольной группой. Авторы также исследовали камбаловидные мышцы крыс. Оказалось, что недельная «невесомость» сократила объём быстрых волокон на треть у обеих групп с разгрузкой по сравнению с контрольной группой. Однако объем медленных волокон у крыс, получавших MOTS-c, сократился всего на 15–20 %, тогда как у животных без лечения этот показатель достиг 30–35 %.
Исследователи оценили выносливость мышц с помощью специального теста, в котором мышцу с помощью электрического тока заставляли сокращаться с максимально возможной интенсивностью. У крыс, принимавших пептид, выносливость сохранилась на нормальном уровне, а при разгрузке без вмешательств снизилась вдвое.
Кроме того, авторы проанализировали содержание в мышце веществ-биомаркеров, которые указывают на рост или разрушение мышц, а также на активность митохондрий. Оказалось, что пептид позволил полностью сохранить нормальную работу митохондрий, необходимую для выработки клетками энергии. При этом активность белков MuRF1 и Atrogin-1 — «разрушителей» мышц — осталась в норме, тогда как у крыс, не получавших лечение, она возросла в 2,5–3,5 раза.
Результаты исследования позволили получить новые данные о клеточных и молекулярных механизмах, которые регулируют работу мышц у животных. Так, удалось выяснить, что пептид MOTS-c препятствует атрофии мускулов у крыс, хотя ранее было известно лишь о влиянии на их выносливость. Сейчас исследования сосредоточены на лабораторных животных, но потенциально, если соединение будет эффективно и для человека, оно может помочь в разработке препаратов для защиты мышц космонавтов в условиях низкой гравитации, пациентов, прикованных к постели, и других людей с низкой физической активностью, например, пожилых или с сидячей работой.
«Проблема утомляемости и уменьшения мышечной массы актуальна для всех людей с недостаточным уровнем активности, а это почти треть взрослого населения Земли. Мы планируем исследовать другие факторы, от которых зависит структура и функции мышечной ткани. В следующем проекте рассмотрим, как содержание кальция в мышцах влияет на их выносливость, а также на работу мышечных волокон и их компонентов», — рассказывает руководитель проектов, поддержанных грантами РНФ, Кристина Шарло, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории миологии ИМБП РАН.
Источник: пресс-служба РНФ.
