Исследователи Северо-западной медицины обнаружили новый механизм, который связывает контролируемый циркадными ритмами клеточный метаболизм и регенерацию с восстановлением мышц после травмы, согласно недавним открытиям, опубликованным в журнале Genes and Development, пишет medicalxpress.com.
Клара Пик, доктор философии, доцент кафедры биохимии и молекулярной генетики, была старшим автором исследования.
Нарушения циркадного ритма — внутренних 24-часовых часов организма, регулирующих отдых и бодрствование, — связаны с патогенезом различных нарушений обмена веществ, включая диабет и ожирение. Однако исследования его связи с регенерацией тканей и восстановлением мышц остаются ограниченными.
В текущем исследовании команда Пика исследовала роль циркадных часов взрослых мышечных стволовых клеток в контроле регенерации мышц и восстановлении тканей после острого ишемического повреждения у мышей. Они сосредоточились на белке Bmal1 — белке, регулирующем циркадные часы, который экспрессируется практически во всех клетках организма — и стремились определить его точную роль в мышечных стволовых клетках и более интенсивном восстановлении мышц.
«Bmal1 контролирует ритмы экспрессии генов, включая те, которые участвуют в регулировании сна, активности, гормонов и метаболизма. Было показано, что он важен для пролиферации и восстановления мышц, но молекулярный механизм не был идентифицирован», — сказал Пик, который также является доцент кафедры медицины в отделении эндокринологии, метаболизма и молекулярной медицины и член Комплексного онкологического центра Роберта Х. Лурье Северо-Западного университета.
Пик и ее команда обнаружили, что восстановление мышц после травмы было лучше, когда мыши были активны или бодрствовали, по сравнению с тем, когда они были неактивны или отдыхали. Кроме того, потеря белка Bmal1 в мышечных стволовых клетках приводит к нарушению регенерации мышц.
Используя метаболомное профилирование для изучения примерно 10 000 активированных мышечных стволовых клеток in vivo и культивируемых миобластных клеток или преждевременных мышечных клеток, исследователи продемонстрировали, что потеря Bmal1 снижает количество активированных мышечных стволовых клеток на третий день после травмы.
Кроме того, потеря Bmal1 нарушила реакцию мышечных стволовых клеток на гипоксию — недостаток кислорода в тканях для поддержания надлежащих функций организма — который возникает после травмы. Потеря Bmal1 также привела к снижению гликолиза или уменьшению энергии, вырабатываемой клетками.
Наконец, исследователи обнаружили, что увеличение NAD+ — кофермента, необходимого для всех метаболических процессов в организме — в миобластах с дефицитом Bmal1 восстанавливает как пролиферацию мышечных стволовых клеток, так и образование миофибрилл.
«Наш вывод о том, что восстановление окислительно-восстановительного метаболита NAD+ в стволовых клетках с нарушенными часами может восстановить нормальную пролиферацию и формирование мышечных волокон, является захватывающим, поскольку предполагает, что восстановление NAD+ может противодействовать последствиям мышечных повреждений в «неправильное» время суток, во время нормальных часов отдыха», — сказал Пик.
Пик сказала, что ее команда теперь заинтересована в изучении влияния циркадных часов мышечных стволовых клеток и регуляции NAD+ на восстановление и рост мышц после тренировки, а также важности часов мышечных стволовых клеток в восстановлении мышц во время старения.