Общеизвестно, что устранение поврежденных компонентов клеток необходимо для поддержания жизнеспособности тканей и органов тела.
Международная исследовательская группа под руководством Боннского университета сделала важные открытия относительно механизмов очистки от клеточных отходов, показав, что силовые тренировки активируют такие механизмы. Результаты могут стать основой для новых методов лечения сердечной недостаточности и нервных заболеваний, и даже принести пользу пилотируемым космическим миссиям.
Общая информация
Мышцы и нервы — это долговечные, высокопроизводительные органы, клеточные компоненты которых постоянно изнашиваются. Белок BAG3 играет решающую роль в устранении поврежденных компонентов, определяя их и обеспечивая их заключение в клеточные мембраны для формирования «аутофагосомы».
Аутофагосомы подобны мусорному мешку, в котором собираются клеточные отходы для последующего измельчения и переработки. Исследовательская группа под руководством профессора Йорга Хёфельда (Jörg Höhfeld) из Института клеточной биологии Боннского университета показала, что силовые тренировки активируют BAG3 в мышцах. Это имеет важные перспективы для активизации утилизации клеточных отходов, поскольку BAG3 должен быть активирован для эффективного связывания поврежденных клеточных компонентов и содействия мембранному обертыванию.
Активная система очистки организма имеет важное значение для долгосрочного сохранения мышечных тканей.
«Нарушение системы BAG3 действительно вызывает быстро прогрессирующую мышечную слабость у детей, а также сердечную недостаточность — одну из самых распространенных причин смерти в индустриальных западных странах», — объясняет профессор Хёфельд.
Важные выводы для спортивных тренировок и физиотерапии
Исследование проводилось при активном участии спортивных физиологов Немецкого спортивного университета Кельна (German Sport University Cologne) и Университета Хильдесхайма (University of Hildesheim). Профессор Себастьян Гелерт (Sebastian Gehlert) из Хильдесхайма подчеркивает важность полученных результатов:
«Теперь мы знаем, какой уровень интенсивности силовых тренировок необходим для активации системы BAG3, поэтому мы можем оптимизировать программы тренировок для спортсменов и помогать пациентам лучше наращивать мышечную массу».
Профессор Гелерт также использует эти результаты для поддержки членов немецкой олимпийской сборной.
Необходимо для мышц... и не только
Система BAG3 активна не только в мышцах. Мутации в BAG3 могут привести к заболеванию нервов, известному как синдром Шарко-Мари-Тута (Charcot-Marie-Tooth; названный в честь ученого-первооткрывателя). Заболевание вызывает отмирание нервных волокон в руках и ногах, в результате чего человек не может двигать руками или ногами. Изучая клетки больных, исследовательская группа теперь доказала, что определенные проявления синдрома вызывают неправильную регуляцию процессов элиминации BAG3. Результаты демонстрируют далеко идущее значение этой системы для сохранения тканей.
Неожиданное регулирование, указывающее путь к новым методам лечения
При более детальном анализе активации BAG3 исследователи были удивлены тем, что они наблюдали.
«Многие клеточные белки активируются путем присоединения фосфатных групп в процессе, известном как фосфорилирование. Однако с BAG3 процесс обратный», — объясняет профессор Йорг Хёфельд. «BAG3 фосфорилируется в покоящихся мышцах, а фосфатные группы удаляются во время активации».
На этом этапе основным объектом интереса становятся фосфатазы — ферменты, которые удаляют фосфатные группы. Чтобы определить фосфатазы, активирующие BAG3, Хёфельд сотрудничает с химиком и биологом клеток профессором Майей Кён из Фрайбургского университета.
«Определение задействованных фосфатаз является ключевым шагом», — рассказывает она, — «чтобы мы могли продолжить разработку веществ, потенциально способных влиять на активацию BAG3 в организме».
Исследование может открыть новые терапевтические возможности для лечения мышечной слабости, сердечной недостаточности и нервных заболеваний.
Актуально для космических путешествий
Работа над системой BAG3 поддерживается Deutsche Forschungsgemeinschaft (Немецким исследовательским фондом) через исследовательское подразделение, возглавляемое профессором Хёфельдом. Кроме того, Хёфельд получает финансирование от Немецкого космического агентства, поскольку исследование представляет интерес для целей пилотируемых космических миссий. Профессор Хёфельд отмечает:
«BAG3 активируется под действием механической силы. Но что произойдет, если механическая стимуляция не будет иметь места? Например, у астронавтов, живущих в условиях невесомости, или у обездвиженных пациентов интенсивной терапии, находящихся на искусственной вентиляции легких?»
В таких случаях отсутствие механической стимуляции быстро приводит к атрофии мышц, причину которой Хёфельд приписывает, по крайней мере частично, неактивации BAG3. Он считает, что препараты, разработанные для активации BAG3, могут помочь в таких ситуациях, поэтому команда Хёфельда готовит эксперименты для проведения на борту Международной космической станции (МКС). Таким образом, исследования BAG3 могут фактически помочь нам когда-нибудь достичь Марса.
Резюме
Устранение поврежденных компонентов клеток необходимо для поддержания тканей и органов организма. Международная исследовательская группа сделала важные открытия относительно механизмов очистки клеточных отходов, показав, что силовые тренировки активируют такие механизмы. Результаты могут стать основой для новых методов лечения сердечной недостаточности и нервных заболеваний, и даже принести пользу пилотируемым космическим миссиям.
источники:
- Judith Ottensmeyer et al. Дефосфорилирование, вызванное силовыми тренировками, активирует кошаперон BAG3 для координации гомеостаза белка и мембранного трафика. Current Biology, 2024 DOI: 10.1016/j.cub.2024.07.088
