Исследователи из Медицинской Школы им. Перельман Университета Пенсильвании определили ген выносливости, или, точнее, его негативный регулятор. Отсутствие гена способствовало увеличению выносливости у изученных нокаутных мышей. Исследователи также показали, что ген отвечает за выносливость спортсменов олимпийского уровня в таких видах спорта, как плавание по сравнению со стометровыми забегами.
Результаты исследования были опубликованы на этой неделе в Журнале клинических исследований (Journal of Clinical Investigation). Представленная работа также имеет значение для повышения мышечной работоспособности при таких заболеваниях как нарушение обмена веществ, ожирение и старение.
«Мы увидели, что мыши, лишенные данного гена, пробегают в шесть раз больше, чем контрольные мыши, и что легко утомляемые мышцы мышей - быстрые мышцы в передней части конечности - были перепрограммированы, и приобрели устойчивость к усталости», - объясняет главный автор исследования Тейвир С. Курана, доктор медицины, доктор философии, профессор физиологии и сотрудник института Пенсильвании. «Данное открытие имеет важное значение для развития различных аспектов мышечной биологии, от легкой атлетики до лечения мышечных заболеваний и нарушения обмена веществ».
Генный код для протеина называется интерлейкин-15 рецептор-альфа (IL-15R-альфа), который действует как самостоятельно, так и в сочетании с IL-15 белка. IL-15R-альфа играет важную роль в иммунной реакции, но он также имеет и ряд других функций. Ил-15 и Ил-15R-альфа задействованы в мышечной физиологии, но их точная роль в мышечной функции до сих пор не была изучена.
«Мы обнаружили ранее неизвестную роль IL-15R-альфа в функционировании мышц, и увидели, что манипуляция этим геном позволяет улучшить работу мышц при различных заболеваниях, в том числе нарушении обмена веществ, ожирении и старении», - говорит ведущий автор Эмидио Е.Пистилли, доктор философии, который был научным сотрудником Университета Пенсильвании и в настоящее время является доцентом в Отделе физиологии упражнений в Медицинской школе Западной Виржинии.
Медленные волокна мышцы отвечают за выносливость, а быстрые мышцы – за скорость. Самые быстрые мышцы – мигание глаз, которые также устойчивы к усталости и являются единственными в своем роде.
У IL-15R-альфа нокаутных мышей, изученных в настоящем исследовании, быстрые мышцы ведут себя как медленные мышцы. Эти мыши смогли пробежать в 6,3 раза больше и имели более высокую амбулаторную активность, чем контрольные. Их быстрые мышцы продемонстрировали устойчивость к утомляемости и сокращались медленнее по сравнению с быстрыми мышцами контрольных мышей.
Исследователи также показали, что отсутствие IL-15R-альфа вызывает сдвиг в процессе сгорания энергии в быстрых мышцах, существенно увеличивая сопротивление усталости и физической нагрузке.
Молекулярные признаки мышц нокаутных мышей включали большее число активных транскрипционных факторов, что свидетельствует о наличии большего числа мышечных волокон с митохондрями и улучшении усвоения кальция, так как это химическое вещество отвечает за сокращение мышц. Митохондрии - энергические станции клетки.
С морфологической точки зрения, быстрые мышц имели большее количество мышечных волокон, меньшую площадь волокна, и большее количество ядер в волокне. Чередование физиологических свойств и повышенной устойчивости к усталости в мышцах быстро приводит к сдвигу в сторону более медленного, более окислительного типа мышц у нокаутных мышей.
Исследование также показало значимую связь между данным геном и элитными спортсменами и, следовательно, подтверждает вероятность, что эти спортсмены имеют генетическую предрасположенность к выносливости.
Из этих двух линий доказательств, исследователи пришли к выводу, что Ил-15R-альфа играет важную роль в функционировании быстрых скелетных мышц.
Важно отметить, что исследование демонстрирует, что мышцы можно перепрограммировать для достижения гораздо лучшей выносливости в спорте и, следовательно, манипуляция IL-15R-альфа может выступать в роли спортивного допинга, так как в настоящее время не существует методов для обнаружения его использования среди спортсменов. Исследователи продолжают работать в этом направлении.
В данном исследовании была также определена задача создания медицинского препарата, позволяющего перепрограммировать функции мышц за счет увеличения генов, белков и метаболических путей, характерных для медленных или устойчивых к усталости мышц. Эти адаптации похожи на те, которые можно увидеть после выполнения упражнений на выносливость. Общепризнано, что эти типы адаптаций полезны, так как защищают от ожирения, диабета и старения и помогают вылечить патологии в миопатии, такие как мышечная дистрофия. Таким образом, говорят исследователи, реализация этой цели будет способствовать лучшему пониманию этих заболеваний и поможет в разработке рациональной лекарственной терапии этих расстройств.
С точки зрения трансляционного исследования команда изучит роль, которую IL-15R-альфа играет в лечении ожирения, сахарного диабета, старения и заболевания мышц, а также разработает методы использования терапевтического потенциала этого гена для пациентов.
