Мыши-скороходы лишились генетических тормозов

Иммунный рецептор

Исследователи из научных центров США и Австралии под руководством Эмидио Пистилли (Emidio E. Pistilli) из Университета Пенсильвании (University of Pennsylvania) обратили внимание на рецептор IL-15Rα. Этим белком клетки распознают присутствие интерлейкина-15 (IL-15).

Интерлейкин-15 относится к группе цитокинов -- соединений, которые синтезируются иммунными и тканевыми клетками. Функции интерлейкинов разнообразны, но большинство их участвует в иммунном ответе (интерлейкины обеспечивают взаимодействие иммунокомпетентных клеток друг с другом). Интерлейкины стимулируют другие клетки для деления или дифференцировки. Например, участвуют в гемопоэзе.

Каждый из интерлейкинов действует на отдельную, ограниченную группу клеток, имеющих специфичные рецепторы. Интерлейкин-15 – известный белок: биологи детально описали и молекулярное, и пространственное строение IL-15 и IL-15Rα. Но функции этой «сладкой парочки» пока не уточнены.

Мышечные молекулы

Ранее ученые показали, что IL-15 и белок IL-15Rα (Interleukin-15 receptor –alfa) активнее всего дают о себе знать в мышцах. По результатам экспериментов in vitro ученые предположили, что IL-15 стимулирует обновление структурных частей мышечных волокон. То есть, действует как анаболик. Однако в эксперименте на животных IL-15 мышечную гипертрофию не вызвал. В тоже время матричные РНК IL-15и IL-15Rα «отвечали» на сокращение, старение и атрофию мышечного волокна.

«Накопились данные, которые свидетельствуют о том, что IL-15 и IL-15Rα играют важную роль в физиологических процессах мускулатуры, -- пишет команда Эмидио Пистилли, перечисляя результаты экспериментов. -- Однако функции IL-15 и IL-15Rα так и не были уточнены. Более того, исследования in vivo свидетельствуют о том, что в живом организме взаимодействие между этими двумя белками более сложное, чем просто связывание между рецептором и лигандом».

Биологи попытались описать роль каждой молекулы. В эксперименте, результаты которого появились в Journal of Clinical Investigation, ученые блокировали гены IL-15 и IL-15Rα, заставляли мышей бегать и изучали быстрые (белые) и медленные (красные) мышечные волокна.

Белые и красные

Волокна скелетной мускулатуры классифицируются по принципу быстрого или медленного сокращения. В медленных (тонических) мышечных волокнах присутствует миоглобин (кислород-связывающий белок, родственник гемоглобина), поэтому они красного цвета. В них много митохондрий, а содержание анаэробного клеточного топлива -- гликогена -- невелико. В качестве источника АТФ медленные волокна используют аэробное дыхание, и лишь при недостатке кислорода – анаэробный гликолиз. Медленные волокна поддерживают позу. То есть, обеспечивают длительное сокращение мышц.

Медленные волокна залегают в глубине, под быстрыми волокнами, которые используются для внезапных, взрывных сокращений. Быстрые мышечные волокна белого цвета. Они не содержат миоглобина, потому что он им не очень-то и нужен: источником АТФ служат анаэробные процессы – гликолиз. По этой же причине в белых волокнах мало митохондрий.

В ответ на стимуляцию красные волокна медленно сокращаются и расслабляются (в 3 и в 100 раз, соответственно, медленнее, чем белые волокна). Белые реагируют на стимуляцию оперативно, почти мгновенно. Но и утомляются гораздо быстрее.

Тормоза отказали

Оказалось, что мыши с заблокированным геном IL-15Rα бегают в шесть раз дольше обычного. «Мышечные волокна быстро сокращения «перепрограммировались» -- они стали походить на мышечные волокна медленного сокращения и приобрели устойчивость к утомляемости. В мышечных волокнах быстрого сокращения появились дополнительные митохондрии», -- пишут авторы нового исследования, подводя итоги наблюдениям и молекулярно-клеточным анализам.

В то же время отключение гена другого белка -- IL-15 не «срывает тормоза»: животные бегают так же, как и мыши из контрольной группы.

Значит, именно белок IL-15Rα изменяет морфологию и, соответственно, сократительные способности и выносливость мышечных волокон быстрого сокращения». Подтверждение своей гипотезы ученые нашли в генотипах спортсменов, которые занимаются плаванием и велосипедным спортом.

«Думаем, что более детальные исследования пригодятся для разработки методов лечения некоторых форм мышечной дистрофии», -- завершают авторы исследования. Биологи не исключают, что результаты последующих работ пригодятся и спортсменам.