Как медведям удается пережить спячку без атрофии мышц? Ответ физиологов

Ученые из Центра молекулярной медицины им. Макса Дельбрюка (Германия) выяснили, почему мышцы у медведей гризли во время спячки не атрофируются. В будущем это может помочь прикованным к постели пациентам предотвратить атрофию мышц.

Начиная с поздней осени, медведи гризли впадают в спячку, которая длится до весны. В это время у них снижаются обмен веществ и частота сердечных сокращений, медведи не мочатся и не испражняются, а также становятся устойчивыми к гормону инсулину.

Человек не смог бы остаться здоровым, проведя неподвижно около 4 месяцев или больше. Вероятно, для него это закончилось бы мышечной атрофией или тромбозами, а с точки зрения психики наверняка наблюдались бы серьезные психологические изменения.

Что происходит после выхода из спячки, и чем тут может помочь секвенирование генома

Когда весной медведи просыпаются после зимней спячки, то поначалу они, возможно, слегка вялые, но в целом их физическое состояние хорошее: они способны нормально передвигаться, у них нормализуются сердечный ритм и обмен веществ. Ученых давно интересовала такая удивительная способность адаптации организма медведя к длительному анабиозу, и в конце концов они решили исследовать это свойство детальнее. 

Целью нейрофизиологов под руководством профессора Майкла Готтхардта было выяснить, какие именно гены в мышечных клетках медведя транскрибируются и преобразуются в белки, и как это влияет на клетки.

«Атрофия мышц – это насущная проблема, часто возникающая при различных болезнях. Нашей задачей было установить способ поддержания нормальных функций мышц в таких сложных условиях», – прокомментировал ведущий автор исследования Доуа Мугахид. 

Для исследования ученые отобрали образцы мышц у медведей гризли перед и в процессе зимней спячки. «Сочетая передовые методы секвенирования с масс-спектрометрией, мы хотели определить, какие гены и белки активируются или выключаются перед и в период спячки», – объяснил профессор Готтхардт.

На следующем этапе команда ученых сравнила полученные результаты с данными наблюдений за людьми, мышами и круглыми червями.

Незаменимые аминокислоты обеспечивают рост мышечных клеток

Ученые обнаружили белки, оказывающие большое влияние на метаболизм аминокислот медведя в спячке, вследствие чего в мышечных клетках содержится большое количество некоторых незаменимых аминокислот (НА).

«В экспериментах с мышечными клетками людей и мышей с атрофией мышц рост клеток также может стимулироваться незаменимыми аминокислотами, – прокомментировал Майкл Готтхардт. – Однако из более ранних клинических исследований известно, что введения аминокислот в виде таблеток недостаточно для предотвращения атрофии мышц у пожилых или прикованных к постели людей».

Похоже, мышцы должны сами производить эти аминокислоты, чтобы они попали во все нужные места в организме. Возможно, если заставить мышцу человека самостоятельно вырабатывать НА, активируя соответствующие метаболические пути в течение более длительных периодов отдыха, то атрофия не наступит, полагают ученые.

Какие гены участвуют в синтезе аминокислот

Чтобы выяснить, какие сигнальные пути необходимо активировать в мышцах, Готтхардт и его команда сравнили активность генов у медведей гризли, людей и мышей. Данные были получены от пожилых или прикованных к постели пациентов, а также от мышей с мышечной атрофией – например, в результате ограничения движения после ношения гипсовой повязки.

Ученые нашли целый ряд таких генов и, чтобы убедиться наверняка, провели также эксперименты с нематодными червями. «У червей отдельные гены можно относительно легко деактивировать и быстро отследить, как это влияет на рост мышц», – добавил Майкл Готтхардт.

В  результате экспериментов физиологи определили несколько генов, которые, как они считают, могут быть связаны с синтезом аминокислот. К ним относятся гены Pdk4 и Serpinf1, которые участвуют в метаболизме глюкозы и аминокислот, и ген Rora, способствующий развитию циркадных ритмов. 

Дальнейшие исследования относительно синтеза аминокислот продолжаются, что дает пациентам надежду на разработку стратегии, предотвращающей атрофию мышц при долгих периодах покоя.