Обнаружен ген мышечной выносливости в ходе исследования на животных
Ученые из Медицинского института Перельмана Университета Пенсильвании обнаружили ген, отвечающий за выносливость, или более точно, его негативный регулятор. Отсутствие данного гена связано с очень большой выносливостью, наблюдаемой у изученных мышей с модифицированным геном. Также исследователи установили, что данный ген связан с атлетами олимпийского уровня, участвующих в выносливостных видах спорта, таких как плавание, в сравнении с атлетами скоростных видов спорта, такими как бег на 100 метров. Исследование на этой неделе появится в онлайне на сайте Journal of Clinical Investigation. Данная работа может способствовать разработке методов улучшения мышечной производительности в различных болезненных состояниях, включая нарушения обмена веществ, ожирение и старение.
«Мы обнаружили, что мыши с отсутствием данного гена бегали в шесть раз дольше, чем контрольные мыши, и что быстро утомляющиеся мышцы – быстрые мышцы на передней поверхности ног – были перепрограммированы и теперь сопротивлялись усталости, – объясняет старший автор исследования Тейвир С. Хурана, доктор медицины, кандидат наук, профессор физиологии и член института мышц Пенсильвании. – Данный факт имеет множество последствий для различных аспектов мышечной биологии - от спорта до лечения мышечных заболеваний и болезней обмена веществ».
Генный код для протеина называется интерлейкин-15 рецептор-альфа (IL-15R-альфа). Он работает в одиночку или в составе с протеином IL-15. IL-15R-альфа важен для иммунного отклика, однако обладает и другими функциями. IL-15 и IL-15R-альфа участвуют в мышечной физиологии, однако их точная роль в мышечной функции еще не определена.
«Мы установили ранее неизвестную роль IL-15R-альфа в мышечной функции и обнаружили, что манипуляции с данным геном обладают потенциалом в улучшении мышечной производительности в болезненных состояниях, включая нарушения обмена веществ, ожирение и старение», - говорит ведущий автор исследования Эмидио Э. Пистилли, кандидат наук, ученый, работавший в Пенсильвании и теперь являющийся доцентом отделения физиологии спорта Медицинского института Западной Вирджинии.
Медленные против быстрых
Медленные мышцы используются для выносливости, а быстрые – для скорости. Самые быстрые мышцы – это мышцы, отвечающие за движение глаз, однако, они практически неутомимы, что отличает их от всех других мышц.
У использовавшихся в исследовании мышей с модифицированным геном IL-15R-альфа быстрые мышцы вели себя как медленные. Эти мыши пробегали дистанции в 6,3 раз большие и обладали большей амбулаторной активностью, чем контрольные. Их быстрые мышцы меньше утомлялись и медленнее сокращалиссь в сравнении с быстрыми мышцами контрольных мышей.
К тому же они показали, что отсутствие IL-15R-альфа вызывает изменение процесса сжигания энергии в быстрых мышцах, сильно увеличивая сопротивляемость к усталости и способность переносить физическую нагрузку.
Молекулярное отличие мышц мышей с модифицированным геном заключалось в гораздо большем числе активных транскрипционных факторов, означающих больше мышечных волокон с большим числом митохондрий, и механизмом для лучшей обработки кальция, так как данное химическое вещество двигает мышечные сокращения. Митохондрии – это энергетические хранилища клеток.
Кроме того, исследование обнаружило сильную связь между данным геном и элитными выносливыми спортсменами, что подтверждает возможность того, что эти атлеты имеют генетическую предрасположенность или преимущество.
Основываясь на двух этих фактах, ученые пришли к выводу, что IL-15R-альфа играет роль в определении функции быстрых скелетных мышц.
Важно то, что исследование демонстрирует возможность перепрограммирования мышц на лучшую результативность в видах спорта на выносливость, таким образом, манипуляция геном IL-15R-альфа имеет большое значение с точки зрения спортивного допинга, так как на данный момент она не тестируется, и нет существующих методов определения ее злоупотребления атлетами. Исследователи работают над этим.
Данное исследование устанавливает «цель, поддающуюся воздействию лекарственных средств», которая обеспечивает возможность перепрограммирования мышечной функции увеличением состава генов, протеина и путей обычно выраженных в медленных или сопротивляющихся к усталости мышц, подобных адаптации наблюдаемой после упражнений на выносливость. Широко распространено мнение, что данные типы адаптаций были бы полезны в защите от ожирения, диабета и старения, а также могли бы способствовать улучшению патологий миопатии, таких как мышечная дистрофия. Следовательно, говорят исследователи, идентификация данного пути должна способствовать лучшему пониманию данных заболеваний и помочь развитию рациональных терапевтических лекарств для данных нарушений.
С переходной точки зрения исследования команда будет проверять, какую роль IL-15R-альфа играет в ожирении, диабете, старении и мышечных заболеваний, а также будет развивать методы использования терапевтического потенциала этого гена для пациентов.
Примечание:
Исследование было профинансировано Национальным институтом артрита, заболеваний скелетных мышц и кожи; Национальным институтом зрения; Национальным институтом старения; а также системой здравоохранения Пьюджет-Саунд.
Кроме Хураны и Пистилли, соавторами были ученые из института неврологии и мышечных исследований, детской больницы Уэстмеда, Сидней, штат Новый Южный Уэльс, Австралия; Австралийского института спорта Канберры, Австралия; Гериатрического исследовательского, образовательного и клинического центра, системы здравоохранения Пьюджет-Саунд, Австралия; отделения геронтологии и гериатрической медицины, отделение медицины, Университет Вашингтона, Сиэтл; а также из отделения эндокринологии, диабета и метаболизма, Пенсильвания.
Источник:
Карен Кригер
Медицинский институт Университета Пенсильвании
