Здоровые митохондрии помогли замедлить развитие наследственной мышечной дистрофии у мышей
Мыши в клетке, оснащенной беговым колесом, позволяющим оценить активность животных.
© Михаил Дубинин
Ученые выяснили, что введение «здоровых» митохондрий в скелетные мышцы смягчает проявления дистрофии Дюшенна. Внутримышечное введение модельным мышам с наследственным дефицитом белка дистрофина митохондрий здоровых грызунов привело к повышению мышечной силы и активности больных мышей до уровня здоровых животных. Полученные результаты в перспективе могут помочь при разработке подходов для вспомогательной терапии пациентов с дистрофией Дюшенна. Результаты исследования, поддержанного грантом Президентской программы Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Biomolecules.
Дистрофия Дюшенна — это генетическое заболевание, которое приводит к прогрессивной слабости и атрофии мышц из-за недостатка белка дистрофина. Дистрофин играет ключевую роль в укреплении и защите мышц от повреждений при сокращении и растяжении, а его потеря может произойти из-за мутаций в гене DMD. Единственный способ лечения дистрофии Дюшенна — генетическая терапия, направленная на восстановление уровня белка дистрофина в мышцах. Однако ее эффективность зависит от того, насколько своевременно больной стал ее получать. Кроме того, пациенту обычно приходится принимать множество дополнительных лекарственных препаратов, чтобы замедлить прогрессирование заболевания. Поэтому многие лаборатории занимаются поиском молекулярных мишеней в мышечных клетках, на которые можно было бы повлиять, чтобы замедлить развитие болезни.
У пациентов с дистрофией Дюшенна наблюдаются изменения в структуре и работе митохондрий, что влияет на состояние клеток и организма в целом. В частности, нарушения в работе митохондрий приводят к тому, что мышцы получают недостаточно энергии. Это усугубляет мышечную слабость и утомляемость, которые характерны для заболевания. Кроме того, нарушение функции митохондрий может способствовать дальнейшему повреждению мышечной ткани из-за недостатка энергии для ее восстановления. Поэтому исследователи рассматривают митохондрии в качестве возможных мишеней для лечения дистрофии Дюшенна.
Ученые из Марийского государственного университета (Йошкар-Ола) предложили принципиально новый подход к борьбе с заболеванием, который основан на митохондриальной заместительной терапии.
В ходе эксперимента исследователи в течение месяца внутримышечно вводили митохондрии, полученные из мышц здоровых мышей, грызунам с наследственным дефицитом дистрофина. Авторы суммарно провели по десять инъекций каждому животному с трехдневным интервалом между процедурами. После завершения серии инъекций ученые оценили мышечную силу и активность животных, а также структуру мышечной ткани и работу митохондрий в клетках.
Оказалось, что лечение улучшило структуру митохондрий и мышечных волокон больных мышей. После инъекций в мышечных клетках снизился уровень окислительного стресса. Кроме того, стабилизировалось количество ионов кальция, нормальный уровень которых необходим для корректного сокращения мышц. Все это способствовало улучшению качества жизни мышей и повышению показателей мышечной силы на 30% по сравнению с животными, не получавшими лечения. Активность грызунов также увеличилась — они проявляли сравнимый со здоровыми животными интерес к упражнениям на беговом колесе.
«Терапия, направленная на митохондрии, в том числе митохондриальное замещение, в перспективе может использоваться для лечения дистрофии Дюшенна у людей. Однако в настоящее время имеется множество вопросов, в том числе этических, к практической реализации такого подхода. Кроме того, у человека наблюдаются более тяжелые проявления болезни по сравнению с достаточно мягкими симптомами у мышей, поэтому эффективность подхода требует дополнительной тщательной оценки. Другой важный вопрос касается пути введения и происхождения донорских митохондрий», — рассказывает участник проекта, поддержанного грантом РНФ, Михаил Дубинин, доцент кафедры биохимии, клеточной биологии и микробиологии МарГУ.
В исследовании также принимали участие ученые из Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН (Пущино) и Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова (Москва).