Ученые из Института рака Дана-Фарбер изолировали ранее неизвестный белок в мышцах, который стимулирует их рост и увеличивает силу после упражнений на сопротивление. Они предполагают, что искусственное повышение уровня белка может когда-нибудь помочь предотвратить мышечную потерю, вызванную раком, продолжительную бездеятельность больничных пациентов и старение.
В соответствии с докладом в выпуске журнала «Cell» от 7 декабря, мышей, получавших дополнительные дозы белка, прибавляли мышечную массу и силу, а грызуны с раком были гораздо меньше подвержены кахексии, потеря мышц, которая часто встречается у больных раком.
«В настоящее время это фундаментальная наука, – комментирует Хорхе Руас, доктор философии, первый автор отчета. «Но если бы вы могли найти способ повысить уровень этого белка, это было бы очень интересно. Например, вы могли бы уменьшить мышечное истощение у пациентов в отделениях интенсивной терапии, у которых атрофия мышц из-за длительного постельного режима ». Другие применения, по его словам, могут быть такими нарушениями, как мышечная дистрофия и постепенная потеря мышечной массы от старения ,
Брюс Шпигельман, доктор философии, старший автор, возглавлял команду Дана-Фарбер, которая идентифицировала белок, PGC-1 альфа-4, в скелетных мышцах и заявила, что он присутствует у мышей и людей. Сопротивление, такое как повышение веса, вызывает увеличение PGC-1 альфа-4, что, в свою очередь, вызывает биохимические изменения, которые делают мышцы более крупными и мощными, говорят исследователи.
Белок представляет собой изоформу или небольшой вариант PGC-1 alpha, важный регуляторный метаболизм тела, который включается в формы упражнений, таких как бег, которые увеличивают мышечную выносливость, а не размер. «Удивительно, что два белка, сделанные одним геном, регулируют эффекты обоих типов упражнений», – прокомментировал Шпигельман.
Исследователи обнаружили, что новый белок контролирует активность двух ранее известных молекулярных путей, вовлеченных в рост мышц. Повышение уровня PGC-1 альфа-4 при упражнении увеличивает активность белка, называемого IGF1 (инсулиноподобный фактор роста 1), который способствует росту мышц. В то же время PGC-1 альфа-4 также подавляет другой белок, миостатин, который обычно ограничивает рост мышц. Фактически, PGC-1 альфа-4 нажимает на ускоритель и удаляет тормоз, чтобы активировать мышцы, чтобы получить массу и силу.
«Все наши мышцы оказывают положительное и отрицательное влияние на рост», – пояснил Шпигельман. «Этот белок (PGC-1 alpha-4) превращает миостатин и превращает IGF1».
Несколько экспериментов продемонстрировали усиливающие мышцы эффекты нового белка. Исследователи использовали носители вируса для вставки PGC-1 альфа-4 в мышцы ног мышей и обнаружили, что в течение нескольких дней их мышечные волокна были на 60 процентов больше по сравнению с необработанными мышами. Они также разработали мыши, чтобы иметь больше PGC-1 альфа-4 в мышцах, чем обычные мыши, которые не тренировались. Тесты показали, что обработанные мыши были на 20 процентов сильнее и более устойчивы к усталости, чем контрольные; кроме того, они были более компактными, чем их обычные коллеги.
Исследователи обнаружили, что у мышей, спроектированных с добавлением альфа-4 PGC-1, было показано «драматическое сопротивление» раковым заболеваниям. По данным доклада мышей потеряли только 10 процентов массы мышц ног по сравнению с 29-процентной потерей у мышей с раком, у которых не было дополнительного PGC-1 альфа-4. Измененные мыши также были более сильными и более активными, чем обычные мыши.
Руас, первый автор, сейчас находится на факультете Каролинского института в Швеции. Другие авторы из Института рака Дана-Фарбера, Гарвардской медицинской школы, Университета Колорадо, Университета Вирджинии и Клиники Майо.
Исследование было поддержано грантом NIH DK061562 и грантом от Novartis.