为什么不熊的冬眠期间肌肉萎缩吗?

灰熊在冬眠度过好几个月,但他们的肌肉不遭受缺乏运动。迈克尔·戈塔山口领导的研究小组报告他们是如何做到这一点。灰熊的策略可以帮助人类预防肌肉萎缩。

灰熊只知道三个赛季。活动开始的时间,一般在三月到五月之间。大约9月熊开始吃大量的食物。在11月和1月,它属于冬眠。从生理的角度来看,这是最奇怪的时间。熊的新陈代谢和心率下降迅速。分泌尿液和粪便。血液中氮的数量急剧增加,熊变成了抵抗胰岛素。

一个人很难生存这四个阶段在一个健康的状态。后来,他们最有可能不得不应对血栓形成或心理变化。最重要的是,肌肉会遭受长期停止使用。任何一个曾经胳膊或腿上的石膏几周或不得不躺在床上很长一段时间由于一种疾病可能已经经历过。

有点迟缓,但否则罚款

不是灰熊。春天,熊从冬眠醒来,也许仍然有些迟缓,但其它方面。许多科学家一直对熊感兴趣的策略来适应其三个赛季。

由迈克尔•戈塔山口教授领导的一个研究小组的负责人神经肌肉和心血管细胞生物学研究组马克斯·德尔布吕克分子医学中心(MDC)在柏林,现在已经调查了熊的肌肉是怎样设法生存下来冬眠几乎安然无恙。科学家们从柏林,格赖夫斯瓦尔德和美国是特别感兴趣的问题在贝尔斯登的肌肉细胞基因转录和转化成蛋白质,这对细胞的影响。

理解和模仿大自然的技巧

“肌肉萎缩是一个真正的人类问题,在许多情况下发生。我们仍然不擅长预防它,”博士说,该研究的第一作者,Douaa Mugahid,一旦戈塔山口的研究小组的一员,现在教授的实验室的一位博士后研究员马克·柯式的系统生物学在波士顿哈佛医学院。

“对我来说,我们的工作是学习如何自然的美丽完善了一种冬眠的困难条件下,保持肌肉功能”Mugahid说。“如果我们能够更好地理解这些策略,我们将能够开发出新的和不直观的方法,以更好地预防和治疗肌肉萎缩的病人。”

基因测序和质谱分析

了解熊的技巧,团队由Mugahid和戈塔山口检查肌肉样本之间的灰熊在和冬眠的时候,他们收到了来自华盛顿州立大学。“与质谱结合先进的测序技术,我们想要确定哪些基因和蛋白质之间的调节或关闭期间和冬眠的时候,“戈塔山口解释道。

“这个任务被证明是棘手的,因为完整的基因组和蛋白质组,即。,所有的全部蛋白质的灰熊,说:“是已知的,争取民主变革运动的科学家。再进一步,他和他的团队将研究结果与观测的人类、老鼠和线虫。

非必需氨基酸允许肌肉细胞生长

研究人员报道,他们发现蛋白质的实验,强烈影响熊的冬眠中氨基酸代谢。因此,它的肌肉细胞含有大量的某些非必需氨基酸(NEAAs)。

“在实验与孤立的人类和老鼠的肌肉细胞,肌肉萎缩,细胞生长也可以刺激NEAAs,”戈塔山口说,补充道,“然而,众所周知,从早期的临床研究氨基酸的政府形式的药片或粉末是不够的,以防止肌肉萎缩老年或卧床不起的人。”

“很明显,这是重要的肌肉产生这些氨基酸本身——否则氨基酸可能不会达到需要的地方,”推测MDC的科学家。治疗起始点,他说,可能是试图诱导人类肌肉产生NEAAs本身通过激活相应的代谢途径与合适的代理在更长的休息时间。

组织样本卧床不起的病人

为了找出哪些信号通路在肌肉需要激活,戈塔山口和他的团队在灰熊的活性基因相比,人类和老鼠。所需的数据来自老年或卧床不起的病人,从老鼠患上肌肉萎缩——例如,由于减少运动后一个石膏模型的应用。“我们想找出哪些基因是调控不同动物之间hibernate和那些不这样做,”戈塔山口解释道。

然而,科学家们遇到了一系列这样的基因。缩小可能的候选人,这可能证明是一个起点为肌肉萎缩治疗,随后球队用线虫进行了实验。“在蠕虫,单个基因可以停用相对容易和一个能快速看到影响这对肌肉增长,”戈塔山口解释道。

昼夜节律的基因

这些实验的帮助下,他的团队已经发现少数基因的影响,他们希望在未来进一步研究实验老鼠。这些包括基因Pdk4和Serpinf1参与葡萄糖和氨基酸代谢、基因Rora基因,有助于昼夜节律的发展。“现在我们将检查去活化这些基因的影响,”戈塔山口说道。“毕竟,它们只适合作为治疗靶点如果有副作用有限或者根本没有。”

参考

Mugahid等。(2019)蛋白质组和转录组冬眠灰熊揭示代谢和信号通路的变化,防止肌肉萎缩。科学报告。DOI: https://doi.org/10.1038/s41598 - 019 - 56007 - 8

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