«Улучшение действительно весьма впечатляющее», – сказала Хелен Блау, доктор философии, профессор микробиологии и иммунологии. «Старые мыши становятся сильнее на 15-20% после одного месяца лечения, а их мышечные волокна выглядят как молодые мышцы. Учитывая, что люди теряют около 10% мышечной силы за десятилетие после 50 лет, это весьма примечательно."
Белок ранее не участвовал в старении.
Исследователи показывают, что количество белка, называемого 15-PGDH, 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, которая возникает с возрастом.
Блау, Дональд Э. и Делия Б. Профессор Фонда Бакстера и директор лаборатории биологии стволовых клеток Бакстера является старшим автором исследования, которое будет опубликовано в Интернете в декабре.
10 в науке. Старший научный сотрудник Аделаида Палла, доктор философии, является ведущим автором.
Потеря мышечной массы при старении
Потеря мышечной массы во время старения известна как саркопения, и на нее ежегодно в США расходуются миллиарды долларов на здравоохранение, поскольку люди теряют способность заботиться о себе, чаще падают и становятся все менее мобильными.
Это происходит из-за изменений в структуре и функции мышц: мышечные волокна сокращаются, а количество и функции клеточных электростанций, известных как митохондрии, сокращаются.
Блау и ее коллеги давно интересовались пониманием функции мышц после мышечных травм и таких заболеваний, как мышечная дистрофия Дюшенна. Ранее они обнаружили, что молекула под названием простагландин E2 может активировать мышечные стволовые клетки, которые вступают в действие для восстановления поврежденных мышечных волокон.
«Мы задавались вопросом, может ли этот же путь быть важен и для старения», – сказал Блау. «Мы были удивлены, обнаружив, что PGE2 не только усиливает функцию стволовых клеток при регенерации, но также действует на зрелые мышечные волокна. Он играет мощную двойную роль."
Уровни простагландина E2 регулируются 15-PGDH, который расщепляет простагландин E2. Исследователи использовали высокочувствительную версию масс-спектрометрии, метода дифференциации близкородственных молекул, чтобы определить, что по сравнению с молодыми мышами уровни 15-PGDH повышены в мышцах старых животных, а уровни простагландина E2 ниже.
Они обнаружили аналогичный паттерн экспрессии 15-PGDH в мышечных тканях человека, поскольку у людей в возрасте от 70 до 80 лет уровень экспрессии был выше, чем у людей в возрасте от 20 до 20 лет.
«Из нашей предыдущей работы мы знали, что простагландин E2 полезен для регенерации молодых мышц», – сказал Палла. "Но его короткий период полураспада затрудняет применение в терапии. Когда мы подавляли 15-PGDH, мы наблюдали системное повышение уровня простагландина E2, что приводило к улучшению мышц всего тела у старых мышей."
Ингибирование 15-PGDH
Исследователи вводили мышам небольшую молекулу, которая блокирует активность 15-PGDH ежедневно в течение одного месяца, и оценили эффект лечения на старых и молодых животных.
«Мы обнаружили, что у старых мышей даже частичное ингибирование 15-PGDH восстанавливает простагландин E2 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, выглядели и функционировали как митохондрии в молодых мышцах."
Обработанные животные также могли бегать на беговой дорожке дольше, чем необработанные животные.
Когда Палла и ее коллеги провели обратный эксперимент – сверхэкспрессию 15-PGDH у молодых мышей – произошло обратное. Животные теряли мышечный тонус и силу, а их мышечные волокна сокращались и становились слабее, как у старых животных.
Наконец, исследователи наблюдали влияние простагландина E2 на мышечные трубки человека – незрелые мышечные волокна, растущие в лабораторной посуде. Они обнаружили, что обработка мышечных трубок простагландином E2 вызвала их увеличение в диаметре, а синтез белка в мышечных трубках был увеличен – свидетельство того, что простагландин E2 действует непосредственно на мышечные клетки, а не на другие клетки в тканевом микроокружении.
«Ясно, что этот единственный регулятор, 15-PGDH, оказывает сильное 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-PGDH во время нормального старения и как это может повлиять на функцию других тканей в организме.
«Мыши лучше работают на беговой дорожке, но для этого требуется больше, чем просто увеличение мышечной силы», – сказал Блау. "Задействованы другие системы органов – например, сердце и легкие. Это предполагает общее улучшение функции всего животного."