6. ПРОТЕОЛИЗ И МЫШЕЧНАЯ АТРОФИЯ

Мышечная кахексия и саркопения – возрастные патологии, характеризуются не только снижением массы скелетных мышц, но также постепенным ослаблением мышечной функции, включающим уменьшение силы, максимальной скорости сокращений и общим замедлением сокращений и расслаблений. Природой данных болезней считают результат дисбаланса между синтезом и расщеплением белков либо между процессами апоптоза и регенерации. Этот дисбаланс зависит как от нарушений белкового синтеза, так и от изменений процессов протеолиза в мышцах при старении. Убиквитин-протеасомальный путь используется скелетной мышцей для расщепления большей части ее белков, включая самые крупные сократительные белки, такие, как, например, миозин. Его изменения считают одним из механизмов развития мышечных патологий.

7.4. Доктор Паола Клеменс показала, что трансфекция миобластов геном cFLIP, ингибитором NF-kappaB, активировала дифференцировку миобластов

Место работы: Служба неврологии, Система Здравоохранения Питтсбурга (Neurology Service, Pittsburgh VA Healthcare System).

Основное направление исследований: Основными интересами доктора Паолы Клеменс являются наследственные мышечные и нервные патологии. Деятельность доктора Клеменс включает как клиническую работу с пациентами, так и научную работу. Последние работы ученого посвящены генной терапии как возможности борьбы с наследственными заболеваниями.

Последние исследования лаборатории в области роли нарушений активности протеасом при развитии старческих нейродегенеративных заболеваний: Для изучения патофизиологии кахексии как осложнения ракового заболевания и поиска вариантов лечения исследовали эффект выделяемых раковыми клетками цитокинов на первичные миобласты, полученные из скелетной мускулатуры мышей (Jiang et al., 2006). Эти исследования показали, что факторы, выделяемые раковыми клетками предстательной железы и меланомы ( интерлейкин (IL)-1b, TNF-альфа и фактор, вызывающий протеолиз (PIF)) значительно ингибируют дифференцировку миобластов. При этом связывающая и транскрипционная активность NF-kappaB в обработанных этими факторами миоцитах были повышены. Трансфекция миобластов геном cFLIP (клеточный каспаза-8-подобный белковый ингибиор), который является ингибитором NF-kappaB, активировала экспрессию мышечных маркеров в миобластах. В то же время оверэкспресся антиапоптотического белка Bcl-xL не вызывала подобного эффекта. Эти результаты показывают, что воздействие не на все молекулярные системы, вызывающие развитие кахексии, может быть эффективным - в ряде случаев баланс можно нарушить, а в ряде случаев она способна восстанавливаться. Перспективной является работа с белком cFLIP, воздействие которым оказывало положительный эффект на развитие мышечных клеток.

8.5. Профессор Рассел Томас Эппле показал, что ограничение калорий способствует осуществлению протеосомного сигнальнго пути при старении

Место работы: Факультет кинезиологии, Университет Калгари (University of Calgary), Канада

Основное направление исследований: Основными интересами лаборатории Рассела Томаса Эппле являются причины сокращениея скелетной мышечной массы, которое наблюдается при старении и развитии возрастных заболеваний, таких как сердечно-сосудистые патологии, болезни легких, кахексия, саркопения, рак др. Последние результаты лаборатории показывают, что снижение эффективности работы митохондрий (но не их количества) играет важную роль в ухудшении аэробных функций скелетной мускулатуры при старении. Интересным фактом является то, что длительные ограничения калорийности снижают сокращение скелетной мышечной массы и ее аэробной функции по мере старения. Таким образом, одной из главных задач текущих исследований лаборатории является выявление молекулярных механизмов, посредством которых ограничение калорийности защищает функции митохондрий при старении и в какой степени физические нагрузки могут имитировать этот защитный эффект.

Последние исследования лаборатории в области роли ограничения калорийности питания для сохранении функциональности протеасомного сигнального пути: Группа Рассела Эппле сравнивала уровень окисления белков и компонентов протеасомного пути при избыточном кормлении и при ограничении калорийности питания на примере подошвенной мышцы (musculus plantaris) крыс. Оказалось, что при ограничении калорийности с возрастом у крыс не наблюдалось накоплния карбонилированных белков, характерных для крыс без ограничения кормления. Параллельно с возрастом в обоих случаях возрастали уровни убиквитин-лигаз MuRF1 и MAFbx, хорошо известных участников сигнального каскада, приводящего к развитию мышечной атрофии (см. схему раздела "Протеолиз и мышечная атрофия") С другой стороны, химотрипсиновая активность протеасом с возрастом увеличивалась только в случае ограничении калорийности, при том, что экспрессия протеасомной субъединицы С2 возрастала одинаково в обоих группах. Также интересно, что у самых старых животных обоих групп мышечная масса была ниже, чем этого можно было бы ожидать исходя из уровня их протеасомной активности. Исходя из этих результатов авторы предполагают, что ограничение калорийности способствует снижению уровня модифицированных белков и осуществлению протеасомного сигнального пути. У этих результатов большое прикладное значение, так как они демонстрируют эффект ограничения калорийности на замедление развития мышечной атрофии. Лабораторией планируется дальнейшее исследование молекулярных механизмов таких эффектов (Hepple et al., 2008).

9.6. Доктор Эрик Блу показал, что механизмы развития атрофии зависят от типа мышеных волокон, в которых она развивается

Место работы: Лаборатория Молекулярной Физиологии, Факультет биологических наук, Университет Маршалла (Marshall University), США.

Основное направление исследований: Основными интересами лаборатории Эрика Блу является исследование молекулярных механизмов, связанных с сократительными сигналами в скелетной и гладкой мускулатуре и то, каким образом эти сигналы регулируется с помощью упражнений, как изменяются с возрастом. Лаборатория использует различные животные и клеточные модели, а также молекулярные, морфологические и физиологические методы для решения данных исследовательских вопросов.

Последние исследования лаборатории в области роли нарушений протеолизиса при развитии саркопении у пожилых: Группа Блу исследовала механизмы апотоза мышечных клеток, которые наблюдаются при развитии саркопении, на модели крыс линии F344/N x BN. Известны апототические сигнальные механизмы, которые осуществляются за счет высвобождения митохондриальных факторов при участии различных каспаз, белков Bax, Bcl-2 и др.: Целью исследователей было проверить, играют ли они решающую роль при дегенерации разных типов мышечных волокон (быстро и медленно сокращающихся), сопровождающихся фрагментацией ДНК, возникающих возрастом. Изучали также, принимает ли участие белок калпайн в возраст-зависимых протеолитичеких процессах. Для этого исследовали уровень протеолитической деградации мышечного белка альфа-фодрина. С возрастом у всех типов мышц уровень калпайн-зависимого протеолиза возрастал, а уровень протеолиза, осуществляемого каспазами - только у медленно сокращающегося типа мышц (soleus) у очень пожилых крыс. Эти результаты говорят о том, что в разных типах мышечных волокон механизм их возраст-зависимой дегенерации различаются, что необходимо учитывать при лечении разных типов мышечных атрофий. Характер этих различий требуют дальнейших исследований для адекватного подбора лекарств и терапии.

10. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Прошло уже 20 лет с открытия специфического внутриклеточного протеолиза. За это время в мире сложилось несколько научных центров по изучению протеасомы, ее генов и регуляции их считывания. Сейчас уже никто не сомневается, что без внутриклеточного протеолиза, который специфически "выводит из игры” в нужное время и в нужном месте важнейшие белковые компоненты, клетка не может обойтись. Деградация белков протеасомой — процесс с тонкой настройкой, поэтому сбои в нем, нарушающие равновесие между пролиферацией и апоптозом, служат причиной разных болезней как врожденных, так и приобретенных. В настоящее время активно исследуются возможность нарушения проеолитических процессов в связи с накоплением в организме ошибочных белков и, в конечном итоге, развитием возрастных заболеваний. Сделано очень много, а предстоит еще больше, потому что работа протеолитической частицы теснейшим образом смыкается с патогенезом многих таких заболеваний. А значит, и с возможностью изменять их течение.

Следующая страница: 1 2