Исследователи из Медицинской школы Duke-NUS совместно с Сингапурской больницей общего профиля и Университетом Кардиффа обнаружили биологический механизм, объясняющий, почему физическая активность защищает стареющие мышцы и возвращает им способность к восстановлению. Работа опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). Полученные данные раскрывают причины возрастной потери мышечной силы и указывают на возможные подходы к её лечению.
С возрастом в мышцах нарушается работа молекулярной системы, отвечающей за баланс между синтезом новых белков и удалением повреждённых. Ключевую роль в этом процессе играет сигнальный путь mTORC1, который регулирует рост клеток. При чрезмерной активности mTORC1 мышечные клетки начинают уделять слишком много внимания производству белков и перестают избавляться от дефектных молекул. Со временем такие белки накапливаются, создавая стресс для клеток и мешая их нормальной работе.
Учёные установили, что причиной сбоя становится ген DEAF1. По мере старения мышц его уровень растёт, что и приводит к избыточной активности mTORC1. В норме DEAF1 контролируется семейством белков FOXO, которые не дают ему чрезмерно активироваться. Однако с возрастом активность FOXO снижается, и DEAF1 выходит из-под контроля, запуская цепочку нарушений, из-за которых мышцы теряют способность к самовосстановлению.
Эксперименты показали, что физическая нагрузка способна прервать этот процесс. Тренировки активируют регуляторные белки, снижающие уровень DEAF1, что возвращает активность mTORC1 к здоровому балансу. В результате мышечные клетки очищаются от повреждённых белков и продолжают производить необходимые новые. Как пояснил ведущий автор исследования, доцент Тан Хун-Вэнь из программы по биологии рака и стволовых клеток Duke-NUS: «Физическая активность активирует определённые белки, которые снижают уровень DEAF1, возвращая ростовой путь в равновесие. Это позволяет стареющим мышцам очищаться от повреждённых белков, правильно перестраиваться и оставаться более сильными и устойчивыми».
Опыты на плодовых мушках и пожилых мышах подтвердили эти выводы. При повышении уровня DEAF1 мышцы быстро слабели, а при его снижении баланс между производством и удалением белков улучшался, и сила восстанавливалась. Сходство эффектов у столь разных видов указывает на то, что DEAF1 входит в эволюционно консервативную систему. Кроме того, DEAF1 влияет на мышечные стволовые клетки, которые отвечают за восстановление тканей после повреждений, — с возрастом их работа ухудшается. Это открывает возможность для создания терапий, способных имитировать часть эффектов физической нагрузки, что особенно важно для людей, которые не могут активно тренироваться.
Исследование подчёркивает, что простое стимулирование роста мышц не заменяет поддержания клеточных систем в здоровом состоянии. Как отметил профессор Патрик Тан, старший вице-декан по исследованиям Duke-NUS: «Это исследование помогает объяснить на молекулярном уровне, почему стареющие мышцы теряют способность к восстановлению и почему физическая нагрузка может вернуть этот баланс некоторым людям». Работа выполнена при поддержке Министерства образования Сингапура, Национальной медицинской исследовательской программы и других сингапурских организаций.