Μύες: Μόριο ενισχύει το φυσικό σύστημα επιδιόρθωσης και ίσως βοηθήσει στη γήρανση

Οι μύες μπορεί να αρχίσουν να χάνουν δύναμη και να ανακάμπτουν δυσκολότερα από τα πρώτα κιόλας στάδια της γήρανσης. Με τον χρόνο, στον μυϊκό ιστό ενδέχεται να αναπτυχθεί ουλώδης ιστός, να συσσωρευτεί λίπος και να μειωθούν ορισμένες εξειδικευμένες ίνες που είναι υπεύθυνες για τις γρήγορες και ισχυρές κινήσεις. Οι αλλαγές αυτές μπορεί να δυσκολέψουν καθημερινές δραστηριότητες και να περιορίσουν σταδιακά την κινητικότητα και τη σωματική αυτονομία.

Επιστήμονες στην Ιαπωνία εντόπισαν ένα μόριο που ενδέχεται να προστατεύει το φυσικό σύστημα επιδιόρθωσης των μυών και να το κάνει αποτελεσματικότερο. Σε εργαστηριακά πειράματα, η ουσία ενίσχυσε ένα σημαντικό βιολογικό σήμα που συμμετέχει στην αναγέννηση των μυών, αυξάνοντας πάνω από δύο φορές την ικανότητά του να συνδέεται με έναν βασικό κυτταρικό υποδοχέα.

Η έρευνα έγινε από ομάδα με επικεφαλής τον καθηγητή Ryuichi Tatsumi, στη Σχολή Γεωργίας του Πανεπιστημίου Kyushu. Τα ευρήματα, που δημοσιεύτηκαν στο Scientific Reports, υποδεικνύουν μια πιθανή νέα προσέγγιση για την αντιμετώπιση των κυτταρικών αλλαγών που δυσχεραίνουν την επιδιόρθωση των μυών με την ηλικία.

Πώς επηρεάζει η γήρανση το σύστημα επιδιόρθωσης των μυών

Οι σκελετικοί μύες είναι οι μύες που προσφύονται στα οστά και μας επιτρέπουν να περπατάμε, να σηκώνουμε αντικείμενα, να διατηρούμε τη στάση του σώματός μας και να εκτελούμε άλλες εκούσιες κινήσεις. Παρότι υφίστανται φθορά σε όλη τη διάρκεια της ζωής, έχουν αξιοσημείωτη ικανότητα να επιδιορθώνονται.

Μεγάλο μέρος αυτής της διαδικασίας εξαρτάται από εξειδικευμένα βλαστοκύτταρα που ονομάζονται δορυφορικά κύτταρα. Συνήθως παραμένουν ανενεργά, δίπλα στις μυϊκές ίνες, μέχρι να λάβουν σήμα ότι χρειάζεται επιδιόρθωση ή αναγέννηση. Όταν ενεργοποιηθούν, μπορούν να πολλαπλασιαστούν και να εξελιχθούν σε μυϊκά κύτταρα, συμβάλλοντας στην αποκατάσταση του κατεστραμμένου ιστού.

Σημαντικό ρόλο σε αυτή τη διαδικασία έχει μια πρωτεΐνη που ονομάζεται αυξητικός παράγοντας ηπατοκυττάρων (HGF). Παρά την ονομασία του, ο HGF έχει σημαντικές λειτουργίες και πέρα από το ήπαρ, μεταξύ άλλων βοηθά στην ενεργοποίηση των βλαστοκυττάρων που είναι απαραίτητα για την αναγέννηση των μυών.

Υπό φυσιολογικές συνθήκες, ο HGF αποθηκεύεται στο υποστηρικτικό υλικό που περιβάλλει τις μυϊκές ίνες. Όταν οι μύες τραυματίζονται ή δέχονται μηχανικό ερέθισμα, όπως κατά την κίνηση ή τη διάταση, η πρωτεΐνη μπορεί να απελευθερωθεί.

Στη συνέχεια, ο HGF προσδένεται σε έναν υποδοχέα που ονομάζεται c-met και βρίσκεται στην επιφάνεια των δορυφορικών κυττάρων. Οι υποδοχείς είναι εξειδικευμένες πρωτεΐνες που λαμβάνουν μοριακά σήματα και ενεργοποιούν αποκρίσεις στο εσωτερικό των κυττάρων. Σε αυτή την περίπτωση, η αλληλεπίδραση βοηθά να ενεργοποιηθούν τα αδρανή δορυφορικά κύτταρα, ώστε να πολλαπλασιαστούν, να ωριμάσουν και να συμμετάσχουν στην επιδιόρθωση των μυϊκών ινών.

Με την ηλικία, όμως, αυτό το σύστημα που λειτουργεί με συντονισμένο τρόπο γίνεται λιγότερο αξιόπιστο.

Μια χημική αλλαγή μπορεί να αποδυναμώνει τους μυς που γερνούν

Προηγούμενη έρευνα της ομάδας έδειξε ότι ο HGF μπορεί να υποστεί μια χημική τροποποίηση που ονομάζεται νίτρωση. Κατά τη διαδικασία αυτή, μια χημική ομάδα, η νιτροομάδα, προστίθεται σε συγκεκριμένα σημεία μιας πρωτεΐνης και μπορεί να αλλάξει τη δομή της, παρεμποδίζοντας τη φυσιολογική λειτουργία της.

Οι ερευνητές εντόπισαν δύο ιδιαίτερα σημαντικά σημεία στον HGF, τα Y198 και Y250. Και τα δύο βρίσκονται στην περιοχή που συμμετέχει στην πρόσδεση στον υποδοχέα c-met.

Όταν αυτά τα σημεία υφίστανται νίτρωση, ο HGF δυσκολεύεται περισσότερο να συνδεθεί με τον υποδοχέα του. Είναι σαν ένα κλειδί που έχει φθαρεί και δεν μπορεί πια να ανοίξει την κλειδαριά για την οποία προορίζεται.

Η διαταραχή αυτή μπορεί να έχει σημαντικές συνέπειες για τους μύες που γερνούν. Ακόμη κι αν ο οργανισμός συνεχίζει να παράγει HGF, οι χημικές αλλαγές ενδέχεται να εμποδίζουν την πρωτεΐνη να ενεργοποιήσει σωστά τα βλαστοκύτταρα που χρειάζονται για την επιδιόρθωση των ιστών. Οι ερευνητές θεωρούν ότι αυτός ο μηχανισμός μπορεί να συμβάλλει στην απώλεια μυϊκής μάζας που σχετίζεται με την ηλικία και στη μειωμένη ικανότητα αναγέννησης.

«Ο HGF δεν λείπει απαραίτητα καθώς μεγαλώνουμε», εξηγεί ο Tatsumi. «Αντίθετα, μπορεί να υποστεί χημική αλλοίωση αφού παραχθεί. Αυτό μας έκανε να αναρωτηθούμε αν μια ένωση με ισχυρή αντιοξειδωτική δράση θα μπορούσε να προστατεύσει τον HGF, είτε αποτρέποντας τη νίτρωση είτε αντισταθμίζοντας τη λειτουργική απώλεια που προκαλεί».

Οι επιστήμονες δοκιμάζουν δύο ενώσεις θείου

Για να διερευνήσει αυτή την πιθανότητα, η ομάδα μελέτησε δύο ενώσεις με ισχυρές αντιοξειδωτικές ιδιότητες: το τρισουλφίδιο της γλουταθειόνης (GSSSG) και το τρισουλφίδιο του λιποϊκού οξέος (LASSS).

Τα αντιοξειδωτικά μπορούν να περιορίσουν ορισμένους τύπους χημικής βλάβης που προκαλούνται από δραστικά μόρια. Τέτοιες βλάβες μπορεί να επηρεάσουν πρωτεΐνες και άλλα βασικά συστατικά των κυττάρων, ιδίως όταν τα φυσιολογικά συστήματα προστασίας του οργανισμού γίνονται λιγότερο αποτελεσματικά.

Οι δύο ενώσεις ανήκουν σε μια χημική οικογένεια που ονομάζεται τρισουλφίδια. Χαρακτηρίζονται από μια αλυσίδα τριών συνδεδεμένων ατόμων θείου. Η διάταξη αυτή τους προσδίδει ασυνήθιστες χημικές ιδιότητες, μεταξύ των οποίων και τη δυνατότητα να συμμετέχουν σε αντιδράσεις μεταφοράς ηλεκτρονίων, γνωστές ως οξειδοαναγωγικές αντιδράσεις.

Επειδή αυτές οι αντιδράσεις διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στη χημεία των κυττάρων, τα τρισουλφίδια προσελκύουν ολοένα μεγαλύτερο ενδιαφέρον ως πιθανά συστατικά νέων φαρμάκων.

Στο πρώτο σύνολο πειραμάτων, και οι δύο ενώσεις μείωσαν τη νίτρωση στα δύο ευάλωτα σημεία του HGF. Ωστόσο, η αποτροπή αυτής της χημικής τροποποίησης δεν αποκατέστησε πλήρως την ικανότητα της πρωτεΐνης να προσδένεται στον c-met.

Οι επιστήμονες αύξησαν, επομένως, την ποσότητα του τρισουλφιδίου σε σχέση με τον HGF. Άλλαξαν τη μοριακή αναλογία, η οποία συγκρίνει τον αριθμό των μορίων κάθε ουσίας, από 1:4000 σε 1:8000.

Η αλλαγή αυτή έφερε ένα απρόσμενο αποτέλεσμα.

Η απρόσμενη ανακάλυψη μιας «υπερ-HGF»

Στην υψηλότερη συγκέντρωση, το LASSS δεν προστάτευσε απλώς τον HGF από τη χημική βλάβη. Βελτίωσε σημαντικά και την ικανότητα της πρωτεΐνης να συνδέεται με τον υποδοχέα της.

Σε σύγκριση με τον HGF που δεν είχε υποστεί επεξεργασία, η πρωτεΐνη που εκτέθηκε στο LASSS εμφάνισε υπερδιπλάσια συγγένεια πρόσδεσης με τον c-met. Με άλλα λόγια, μπορούσε να συνδεθεί πολύ ισχυρότερα με τον υποδοχέα-στόχο της, ενισχύοντας δυνητικά ένα κρίσιμο βήμα στη διαδικασία επιδιόρθωσης των μυών.

Η επεξεργασία έκανε επίσης τον HGF πιο ανθεκτικό στην απώλεια λειτουργίας που προκαλεί η νίτρωση, ιδιαίτερα στο σημείο Y198.

Το αποτέλεσμα ήταν ειδικό για το LASSS. Παρότι το GSSSG είχε επίσης μειώσει τη νίτρωση στα προηγούμενα πειράματα, δεν προκάλεσε αντίστοιχη βελτίωση στην πρόσδεση με τον υποδοχέα.

«Το αποτέλεσμα ξεπέρασε τις προσδοκίες μας», σχολιάζει ο Tatsumi. «Γνωρίζαμε ότι τα τρισουλφίδια έχουν ποικίλες βιολογικές λειτουργίες, αλλά δεν περιμέναμε ποτέ ότι η απλή ανάμειξη του HGF με LASSS θα είχε τόσο εντυπωσιακό αποτέλεσμα.

»Αυτό που μας δείχνει είναι ότι το LASSS κάνει περισσότερα από το να εξουδετερώνει απλώς τα δραστικά μόρια. Ενδέχεται να αλληλεπιδρά απευθείας με τον HGF και να προκαλεί μια μικρή δομική αλλαγή, δημιουργώντας μια ενισχυμένη μορφή “υπερ-HGF”, η οποία συνδέεται ισχυρότερα με τον c-met και αντιστέκεται στη νίτρωση».

Οι ερευνητές υποψιάζονται ότι το LASSS αλληλεπιδρά με τον HGF με τρόπο που μεταβάλλει ελαφρώς το τρισδιάστατο σχήμα της πρωτεΐνης. Επειδή το σχήμα μιας πρωτεΐνης επηρεάζει τον τρόπο με τον οποίο αλληλεπιδρά με άλλα μόρια, ακόμη και μια μικρή δομική αλλαγή μπορεί να μεταβάλει σημαντικά τη δράση της.

Το αποτέλεσμα είναι αυτό που η ομάδα περιγράφει ως «υπερ-HGF», μια δυνητικά ενισχυμένη μορφή του φυσικού σήματος επιδιόρθωσης των μυών.

Ωστόσο, η ισχυρότερη πρόσδεση στον υποδοχέα δεν αποδεικνύει από μόνη της ότι βελτιώθηκε και η αναγέννηση των μυών. Χρειάζονται επιπλέον πειράματα για να διαπιστωθεί αν αυτή η μοριακή ενίσχυση οδηγεί σε καλύτερη επούλωση και μεγαλύτερη μυϊκή δύναμη.

Πειράματα σε ποντίκια δείχνουν πιθανή προστατευτική δράση

Αφού παρατήρησαν τα αποτελέσματα σε εργαστηριακά πειράματα, οι ερευνητές θέλησαν να εξετάσουν αν το LASSS μπορεί να προστατεύσει τον HGF και μέσα σε ζωντανό μυϊκό ιστό.

Χρησιμοποίησαν ποντίκια στα οποία εφαρμόστηκε ανάρτηση από την ουρά, μια καθιερωμένη πειραματική μέθοδος για τη μελέτη της μυϊκής ατροφίας. Ο περιορισμός της φυσιολογικής φόρτισης και χρήσης των μυών προκαλεί ορισμένες από τις αλλαγές που συνδέονται με παρατεταμένη ακινησία, μεταξύ των οποίων και μυϊκή επιδείνωση.

Τα ποντίκια που έλαβαν LASSS πριν από το πείραμα εμφάνισαν σημαντικά λιγότερη νίτρωση του HGF σε σχέση με τα ζώα που δεν έλαβαν την ουσία. Αυτό υποδηλώνει ότι η προστατευτική δράση της ένωσης στην πρωτεΐνη επιδιόρθωσης των μυών δεν περιορίζεται σε ελεγχόμενες εργαστηριακές συνθήκες.

Και σε αυτή την περίπτωση, το GSSSG δεν είχε το ίδιο προστατευτικό αποτέλεσμα.

Τα ευρήματα παρέχουν πρώιμες ενδείξεις ότι το LASSS μπορεί να επηρεάζει τις χημικές διεργασίες που αφορούν τον HGF μέσα σε ζωντανούς οργανισμούς. Ωστόσο, τα πειράματα σε ποντίκια έδειξαν προστασία από τη νίτρωση, όχι ότι το LASSS αποκατέστησε τη μυϊκή μάζα που είχε χαθεί ή βελτίωσε τη σωματική δύναμη.

Οι ερευνητές επισημαίνουν ότι απαιτούνται ακόμη μελέτες σε ζώα μεγαλύτερης ηλικίας, ώστε να διαπιστωθούν η αποτελεσματικότητα και η ασφάλεια της ένωσης in vivo, δηλαδή μέσα σε ζωντανό οργανισμό.

Μια πιθανή νέα στρατηγική κατά της απώλειας μυών με την ηλικία

Η ανακάλυψη θα μπορούσε μελλοντικά να συμβάλει στην ανάπτυξη θεραπειών που στοχεύουν στη διατήρηση της μυϊκής λειτουργίας κατά τη γήρανση ή σε περιόδους παρατεταμένης ακινησίας.

Η μυϊκή επιδείνωση δεν αφορά μόνο τους μεγαλύτερους σε ηλικία ανθρώπους. Μπορεί επίσης να εμφανιστεί μετά από παρατεταμένη παραμονή στο κρεβάτι ή σε άλλες περιπτώσεις μειωμένης χρήσης των μυών. Όταν οι μηχανισμοί επιδιόρθωσης των μυών δυσλειτουργούν, η ανάκτηση της χαμένης δύναμης και λειτουργικότητας μπορεί να γίνει ιδιαίτερα δύσκολη.

Η προσέγγιση που εξετάζει η μελέτη δεν αντικαθιστά τους φυσικούς μηχανισμούς επιδιόρθωσης του οργανισμού, αλλά επιδιώκει να προστατεύσει και να ενισχύσει ένα υπάρχον βιολογικό σήμα. Αν τα οφέλη επιβεβαιωθούν σε μελλοντικές μελέτες, η ενίσχυση της δράσης του HGF θα μπορούσε να αποτελέσει έναν τρόπο υποστήριξης της μυϊκής αναγέννησης.

Οι επιστήμονες θεωρούν επίσης ότι οι επιδράσεις του LASSS στον HGF μπορεί να εμφανίζονται σε διαφορετικά είδη. Αυτό αφήνει ανοιχτό το ενδεχόμενο εφαρμογών όχι μόνο στην ανθρώπινη ιατρική, αλλά και στην κτηνιατρική φροντίδα, ιδίως για ζώα συντροφιάς μεγαλύτερης ηλικίας, όπως οι σκύλοι και οι γάτες.

Προς το παρόν, τα ευρήματα αποτελούν ένα πρώιμο βήμα στην κατανόηση του τρόπου με τον οποίο θα μπορούσε να ενισχυθεί μια φυσική οδός επιδιόρθωσης των μυών. Το αν το LASSS μπορεί να διατηρήσει τη μυϊκή λειτουργία κατά τη γήρανση με ασφάλεια και αποτελεσματικότητα παραμένει ανοιχτό ερώτημα.

Η απρόσμενη διαπίστωση ότι μια ένωση με βάση το θείο μπορεί τόσο να προστατεύσει όσο και να ενισχύσει μια βασική πρωτεΐνη επιδιόρθωσης ανοίγει έναν ενδιαφέροντα δρόμο για μελλοντική έρευνα, με μακροπρόθεσμο στόχο να βοηθηθούν οι άνθρωποι να διατηρούν την κινητικότητα, την αυτονομία και την ποιότητα ζωής τους όσο μεγαλώνουν.