Как мышцы изменяются с возрастом и пытаются бороться с его последствиями, теперь стало лучше понятно на клеточном и молекулярном уровне благодаря первому комплексному атласу старения мышц человека.
Исследователи из Университета Сунь Ятсена (Sun Yat-sen University) в Китае применили одноклеточные технологии и передовые методы визуализации для анализа образцов скелетных мышц человека, взятых у 17 человек на протяжении всей взрослой жизни. Сравнивая результаты, ученые пролили свет на многие сложные процессы, лежащие в основе возрастных изменений мышц.
Атлас, опубликованный в научном журнале Nature Aging, обнаруживает новые популяции клеток, которые могут объяснить, почему некоторые мышечные волокна стареют быстрее, чем другие. Ученые также определили компенсаторные механизмы, которые мышцы используют для борьбы со старением.
Результаты открывают возможности для будущих методов лечения и вмешательств для улучшения здоровья мышц и качества жизни по мере старения.
С возрастом наши мышцы постепенно ослабевают. Это может повлиять на нашу способность выполнять повседневные действия, такие как вставание и ходьба. У некоторых людей потеря мышечной массы ускоряется, что приводит к падениям, обездвиженности, потере самостоятельности и состоянию, называемому саркопенией. Причины, по которым наши мышцы со временем ослабевают, остаются малоизученными.
В этом новом исследовании ученые из Института Уэллкома Сэнгера (Wellcome Sanger Institute) и Университета Сунь Ятсена, Китай, использовали методы секвенирования как отдельных клеток, так и одного ядра, а также передовые методы визуализации для анализа образцов мышц человека 17 человек в возрасте от 20 до 75 лет.
Команда ученых обнаружила, что гены, контролирующие рибосомы, отвечающие за производство белков, были менее активны в мышечных стволовых клетках из старых образцов. Это ухудшает способность клеток восстанавливать и регенерировать мышечные волокна с возрастом. Кроме того, популяции немышечных клеток в этих образцах скелетных мышц производят больше провоспалительной молекулы под названием CCL2, привлекая иммунные клетки к мышцам и усугубляя возрастное ухудшение состояния мышц.
Также наблюдалась возрастная потеря определенного подтипа быстросокращающихся мышечных волокон, играющего ключевую роль в взрывной мышечной активности. Однако ученые впервые обнаружили несколько компенсаторных механизмов мышц, которые, по-видимому, восполняют потерю. К ним относятся сдвиг в медленно сокращающихся мышечных волокнах для экспрессии генов, характерных для утраченного подтипа быстросокращающихся волокон, и усиление регенерации оставшихся подтипов быстросокращающихся волокон.
Команда ученых также определила специализированные популяции ядер в мышечных волокнах, которые помогают восстановить связи между нервами и мышцами, которые с возрастом усугубляются. Эксперименты на выращенных в лаборатории мышечных клетках человека, проведенные командой ученых, подтвердили важность этих ядер для поддержания мышечной функции.
Вероника Кедлиан (Veronika Kedlian), первый автор исследования, комментирует: «Наш беспристрастный, многогранный подход к изучению мышечного старения, сочетающий различные типы секвенирования, визуализации и исследований, выявляет ранее неизвестные клеточные механизмы старения и выделяет области для дальнейшего изучения».
Профессор Хунбо Чжан (Hongbo Zhang), старший автор исследования из Университета Сунь Ятсена в Гуанчжоу, Китай, добавил: «В Китае, Великобритании и других странах население стареет, но наше понимание самого процесса старения ограничено. Мы хотим получить детальное представление о том, как мышцы стремятся сохранять функцию как можно дольше, несмотря на эффекты старения».
Доктор Сара Тейхманн (Sarah Teichmann), старший автор исследования, заключила: «Благодаря Атласу клеток человека мы узнаем о теле в беспрецедентных деталях, начиная с самых ранних стадий развития человека до старости. Благодаря этим новым знаниям о здоровом старении скелетных мышц ученые во всем мире теперь могут изучать способы борьбы с воспалением, ускорения регенерации мышц, сохранения нервных связей и многого другого. Открытия, полученные в результате подобных исследований, имеют огромный потенциал для разработки терапевтических стратегий, способствующих более здоровому старению ради будущих поколений».
Литература:
Human skeletal muscle aging atlas, Nature Aging (2024). DOI: 10.1038/s43587-024-00613-3