Регулярные упражнения - одно из лучших средств защиты от нарушений обмена веществ, таких как ожирение и диабет, но почему? Это вопрос, на который ученые все еще не могут ответить. Хотя упражнения изменяют молекулярное поведение мышц, не совсем понятно, как эти молекулярные изменения улучшают метаболическое здоровье.
Ученые из Копенгагенского университета разработали новую технологию, которая позволяет исследователям изучать биологию мышц на детальном уровне и найти новые ответы. Они извлекли «быстрые» и «медленные» мышечные волокна из лиофилизированных образцов мышц, которые были взяты до и после 12 недель тренировок на велосипеде. Их всесторонний анализ экспрессии белков в волокнах дает новые доказательства того, что разные типы волокон по-разному реагируют на тренировки.
Исследование, опубликованное в Nature Communications, также демонстрирует неиспользованный потенциал лиофилизированных образцов, хранящихся в морозильных камерах по всему миру.
«Известно, что метаболические нарушения и некоторые мышечные заболевания влияют на определенные типы волокон или сохраняют их, поэтому детальное исследование конкретных типов волокон имеет решающее значение. Предыдущие исследования, включающие крупномасштабный анализ белков мышечных волокон, требовали выделения отдельных мышечных волокон из только что полученных биопсий мышц. Поскольку изоляция мышечных волокон требует времени, этот подход имеет свои ограничения. Наш метод позволяет анализировать мышечные волокна уже собранных биопсий мышц, а также открывает новый путь для будущих исследований », - говорит доцент Атул Дешмук из Центра Фонда Ново Нордиск для фундаментальных метаболических исследований (CBMR) в Копенгагенском университете.
Скелетные мышцы содержат крошечные волокна, которые можно разделить на быстро или медленно сокращающиеся. Проще говоря, быстро сокращающиеся волокна создают взрывную энергию, но быстро устают, в то время как медленно сокращающиеся волокна менее энергичны, но обладают большей выносливостью. У большинства людей в мышцах есть четное количество обоих типов, но это соотношение может сильно различаться у разных людей. Это означает, что упражнения могут приносить людям разную пользу в зависимости от этого соотношения.
В мышце тысячи волокон связаны вместе соединительной тканью и перемежаются рядом типов клеток с поддерживающей функцией. Из-за всех этих различных типов клеток ученым трудно интерпретировать результаты всего образца мышц и связать наблюдаемые изменения с конкретными типами клеток.
Понимая потенциал изучения отдельных волокон, Атул Дешмук объеденил усилия вместе с профессором Маттиасом Манном из Центра исследований белков Novo Nordisk Foundation и Группой Войташевского из Департамента питания, физических упражнений и спорта Копенгагенского университета.
Они набирали здоровых людей на 12 недель тренировок на выносливость и собирали образцы мышц до и после тренировки, которые затем подвергали сублимационной сушке. После, они извлекли из образцов быстро и медленно сокращающиеся мышечные волокна и провели протеомику на основе масс-спектрометрии с высоким разрешением - инструмент, который позволяет ученым одновременно измерять тысячи белков в разных образцах.
Идентифицировав более 4000 различных белков в образцах, они обнаруживли, что тренировки с упражнениями изменяли экспрессию сотен различных белков как в быстрых, так и в медленно сокращающихся типах волокон. Важно отметить, что различия в экспрессии белков двух типов волокон после тренировки демонстрируют, что быстро и медленно сокращающиеся мышцы реагируют по-разному.
«Наш метод можно масштабировать для высокопроизводительного анализа сотен отдельных мышечных волокон из одной биопсии. Сочетание этого подхода с современным высокочувствительным масс-спектрометром может помочь понять неоднородность типов волокон в здоровых и больных скелетных мышцах» , - говорит сотрудник Профессор Атул Дешмук из Центра фундаментальных метаболических исследований Ново Нордиск (CBMR) при Копенгагенском университе
По массе скелетные мышцы являются самым большим органом в организме, и даже небольшие изменения могут иметь огромное влияние на обмен веществ в организме. Таким образом, скелетная мышца представляет собой интересную фармакологическую ткань-мишень с большим потенциалом в лечении метаболических заболеваний. Однако одна из проблем состоит в том, чтобы избежать побочных эффектов, например, в сердечной мышце, которая состоит из специализированных волокон, имеющих некоторое сходство с медленными волокнами скелетных мышц.
«Таким образом, наш репозиторий белков, специфичных для определенного типа волокон, является первым шагом к идентификации белков скелетных мышц, которые специфичны для быстро сокращающихся волокон, что позволяет нацеливать и доставлять лекарство к этому конкретному типу волокон и потенциально избегать побочных эффектов в сердце», - говорит профессор Йорген Войташевски с факультета питания, физических упражнений и спорта Копенгагенского университета.
