Избавление от излишков кальция в митохондриях замедлило развитие патологии мышц у мышей с дистрофией Дюшенна

Ученые предотвратили разрушение митохондрий от переизбытка кальция, возникающего в мышцах при миодистрофии Дюшенна. Это генетическое заболевание приводит к слабости мышц и ранней смертности и сопровождается нарушением работы митохондрий в мышечных волокнах. С помощью соединения MKT077 авторам удалось устранить кальциевую перегрузку митохондрий у больных мышей и тем самым частично восстановить функции их мышц. Предложенный подход может быть полезен при разработке препаратов для лечения миодистрофии Дюшенна. Результаты исследования, поддержанного грантом Президентской программы Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в International Journal of Molecular Sciences.

Мышечная дистрофия Дюшенна — генетическое заболевание, которое обычно возникает у мальчиков и в детском возрасте приводит к слабости мышц и трудностям при передвижении, а в подростковом — к нарушению дыхания, работы сердца и высокому риску ранней смерти. По статистике, в среднем эта болезнь диагностируется у одного мальчика из 5000. Миодистрофия Дюшенна возникает из-за недостатка белка дистрофина, который поддерживает структурную целостность и функциональную активность мышечной ткани. При его нехватке оболочки мышечных волокон становятся излишне проницаемы для различных ионов, в том числе кальция. В результате их накапливается в мышцах слишком много, что негативно сказывается в том числе и на функции митохондрий — «энергетических станций» клеток.

Ранее исследователи из Марийского государственного университета (Йошкар-Ола) показали, что митохондрии мышей с недостатком белка дистрофина становятся сверхчувствительны к избытку ионов кальция: в экспериментах на мышечных тканях даже малые добавки кальция вызывали гибель митохондрий.

Этот эффект объясняется тем, что при миодистрофии Дюшенна кальция в митохондриях и так достаточно много, и небольшое увеличение его количества приводит к достижению критического уровня, вызывающего разрушение митохондрий. В митохондриях здоровых животных такой кальциевой перегрузки изначально нет, поэтому они имеют достаточно большой «запас прочности» и могут временно поглотить небольшой избыток кальция.

В новой работе авторы в сотрудничестве с коллегами из Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН (Пущино) исследовали, как можно избежать перегрузки митохондрий кальцием при миодистрофии Дюшенна. Биологи протестировали для этой цели краситель MKT077. Это вещество было выбрано потому, что более ранние исследования указали на его способность предотвращать гибель митохондрий в нервных клетках при избытке кальция.

Авторы в течение четырех недель ежедневно вводили препарат MKT077 10 мышам с недостатком белка дистрофина и 10 здоровым животным. В качестве контрольных групп выступали больные и здоровые грызуны, получавшие вместо препарата плацебо.

После такого курса лечения у животных проверили мышечную силу. Для этого грызунов, как на турнике, подвешивали на горизонтально расположенной проволоке и следили, насколько крепко они держатся за проволоку и как долго могут удержаться. Животные с миодистрофией Дюшенна примерно на 30% слабее держались за «перекладину», а удержаться на ней им удавалось в три раза меньшее время. MKT077 восстановил силу захвата у больных мышей до уровня здоровых, однако не повлиял на время удержания на проволоке, то есть не улучшил выносливость.

Затем авторы исследовали образцы скелетных мышц грызунов. Оказалось, что прием MKT077 приводит к тому, что в мышцах больных животных снижается количество фиброзной ткани — она замещает разрушенные мышцы и не участвует в их сокращении. Именно благодаря этому препарат позволил частично восстановить мышечную силу больных грызунов.

Также исследование показало, что в митохондриях мышей с миодистрофией, получавших MKT077, уровень кальция снизился примерно в два раза по сравнению с больными животными, принимавшими плацебо. Кроме того, препарат на 40% уменьшил в митохондриях уровень активных форм кислорода — молекул, окисляющих мембраны, белки и ДНК и тем самым приводящих к разрушению клеточных структур. При этом на митохондрии здоровых мышей препарат значительного влияния не оказал.

«С помощью соединения MKT077 нам удалось устранить кальциевую перегрузку митохондрий у больных животных и тем самым частично смягчить течение заболевания у мышей. Это говорит о том, что подход по восстановлению работы митохондрий при избытке кальция может быть перспективен для терапии миодистрофии Дюшенна. В дальнейшем мы планируем выявить другие мишени в мышечных волокнах, которые могут быть использованы для терапии осложнений этой генетической патологии», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Михаил Дубинин, кандидат биологических наук, доцент кафедры биохимии, клеточной биологии и микробиологии МарГУ.