Ученые обнаружили нового «виновника» развития миодистрофии Дюшенна и предложили потенциальное лекарство
Оценка мышечной силы мышей
Российские исследователи выяснили, что при миодистрофии Дюшенна, наряду с балансом кальция, нарушается и транспорт ионов калия в «энергетических станциях» клеток скелетных мышц, в результате чего последние постепенно слабеют. Причиной оказался один из транспортных белков — кальций-активируемый калиевый канал, — который авторы и выбрали в качестве мишени для нового лекарства. Препарат помог улучшить состояние и функции мышечных клеток, однако из-за побочных эффектов достичь излечения подопытных животных не удалось — ученым еще только предстоит решить эту проблему. Результаты работы, поддержанной грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы на страницах журнала Pharmaceutics.
Миодистрофия Дюшенна — тяжелое наследственное заболевание, причиной которого становится мутация гена белка дистрофина, сцепленного с Х-хромосомой. Этот белок выполняет структурную функцию, вместе с другими молекулами обеспечивая связь внутреннего скелета мышечной клетки с окружающим ее внеклеточным матриксом. Без него происходят патологические изменения структуры и, следовательно, функций мышц. Постепенно снижается их сила и выносливость, что также затрагивает сердце и мышцы, обеспечивающие дыхание и работу многих внутренних органов.
Одна из причин быстрого прогрессирования внутриклеточных нарушений связана с «энергетическими станциями» клеток — митохондриями. При миодистрофии Дюшенна эти органеллы патологически изменяются, ухудшается их способность синтезировать АТФ — главную энергетическую валюту клетки — и запускаются механизмы окислительного стресса, ведущие к серьезным последствиям. Также иным становится обмен ионами между митохондриями и цитоплазмой клетки, в которой они находятся, особенно это касается ионов калия и кальция. Первый в целом обеспечивает постоянство внутриклеточной среды (гомеостаз) и протекание многих процессов, а второй играет центральную роль в сокращении мышц.
Сотрудники Марийского государственного университета (Йошкар-Ола) и Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН (Пущино) сосредоточились на том, чтобы наладить системы ионного транспорта в клетках животных, пораженных миодистрофией Дюшенна. Такой подход может лечь в основу новых препаратов для облегчения развития этой болезни, тем более что пока нет доступных и достаточно эффективных средств для полноценного лечения патологии.
В качестве потенциальной терапевтической мишени авторы выбрали кальций-активируемый калиевый канал. Этот белок-канал в мембране митохондрии открывается в ответ на связывание с ионами кальция, в результате чего сквозь него могут пройти ионы калия (избирательность контролируется размером и зарядом центральной поры). В эксперименте ученые на протяжении месяца вводили мышам с миодистрофией активатор таких каналов и наблюдали, как он повлияет на их мышечную силу, а также структуру и функции митохондрий и собственно клеток.
Терапия успешно наладила поток калия через мембрану митохондрий больных животных. Это, в свою очередь, привело к снижению интенсивности потенциально опасного окислительного стресса и улучшило гомеостаз ионов кальция. Митохондрии также восстановили свой нормальный вид — с большим количеством упорядоченных внутренних складок, на которых протекают биохимические реакции, и без признаков разрушения под действием активных форм кислорода. Аналогичный положительный эффект препарат оказал на структуру мышечной ткани, снизив интенсивность дегенерации и замещения нормальной скелетной мускулатуры нефункциональной соединительной тканью.
Хотя лекарство действительно улучшило состояние мышечных клеток, оно практически не повлияло на выносливость и силу мышц больных мышей. В физиологических тестах животные, прошедшие терапию, показали результаты, сравнимые с больными мышами. Кроме того, анализ крови леченых грызунов продемонстрировал, что в ней содержатся ферменты мышц — это свидетельствует о продолжающейся деградации. Авторы предполагают, что их источником стали какие-то другие мышечные органы — сердце, сосуды, диафрагма и прочие, — а не изученные в работе скелетные мышцы. Это значит, что препарат не влияет на их патологический ионный гомеостаз и, соответственно, не помогает их работе.
«Мы продолжаем исследования, чтобы выяснить, как устранить эти побочные эффекты и улучшить качество жизни — пока что — мышей. В любом случае, результат достаточно яркий: мы смогли значительно улучшить структуру и функцию митохондрий скелетных мышц и состояние мышечной ткани. Это дает надежду на то, что дальнейшие работы позволят существенно затормозить развитие заболевания», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Михаил Дубинин, кандидат биологических наук, доцент Марийского государственного университета.