Нормальные мышечные волокна показаны на левой панели через три, семь и 14 дней после травмы. Волокна на правой панели получены от генетически модифицированных мышей, которые сверхэкспрессировали ген TEAD1, что привело к значительному увеличению мышечных стволовых клеток. Ярко-красные точки и стрелки указывают на мышечные стволовые клетки. Изображение предоставлено Шерил Саутард
Спортсмены, пожилые люди и люди с дегенеративными мышечными заболеваниями выиграют от ускоренного восстановления мышц. Когда скелетные мышцы, связанные с костью, повреждены, мышечные стволовые клетки выходят из спящего состояния и восстанавливают повреждение. Однако, когда мышцы стареют, количество и функция стволовых клеток снижается, как и функция тканей, и их способность к регенерации. Кристоф Леппер из Карнеги и его команда, в том числе исследователи из Университета Миссури, исследовали размер пула мышечных стволовых клеток. В частности, они спросили, можно ли увеличить количество стволовых клеток и будут ли какие-либо связанные с этим функциональные преимущества.
Используя генетически модифицированных мышей, ученые обнаружили, что, хотя размер мышцы не изменился, она, к удивлению, способна поддерживать гораздо большее количество этих стволовых клеток, чем считалось ранее. Эти "сверхчисловой" стволовые клетки могли восстанавливать поврежденную мышцу и действовали быстрее, чем при наличии только нормального количества. Команда также обнаружила, что увеличение количества стволовых клеток останавливает сокращение ослабленных дегенеративных мышц, что потенциально является благом для борьбы с мышечной дистрофией. Исследование опубликовано в выпуске eLife от 11 октября 2016 г.
Мышечные стволовые клетки, называемые сателлитными клетками, представляют собой недифференцированные мышечные клетки, которые способствуют росту, восстановлению и регенерации. Как объяснил Леппер: "Эти сателлитные клетки составляют около 5-7% всех мышечных клеток и необходимы для регенерации мышц. Когда мышь рождается, сателлитные клетки делятся и дифференцируются в течение примерно 3-4 недель, стимулируя рост ткани. Затем они замолкают, пока не будет обнаружена травма. Количество сателлитных клеток, отложенных в это время, кажется относительно постоянным по отношению к размеру мышечной ткани хозяина. Мы хотели посмотреть, можно ли манипулировать этим соотношением и, если да, будут ли какие-либо физиологические последствия."
Сотрудник Леппера Ричард Тсика ранее создал мышей, которые сверхэкспрессируют ген TEAD1, и обнаружил, что белок TEAD1, продуцируемый этим геном, влияет на регуляцию типа производимых мышечных волокон. В текущем исследовании документально подтвержден драматический эффект мышечных волокон, экспрессирующих TEAD1, на связанные с ними сателлитные клетки, которые не экспрессируют TEAD1. У трансгенных мышей TEAD1 наблюдается шестикратное увеличение количества сателлитных клеток, что верно для всех проанализированных групп мышц.
Это исследование способствовало удивительному открытию того, что мышечные волокна могут "общаться" стволовым клеткам, чтобы влиять на размер пула стволовых клеток. Эта молекулярная связь со сателлитными клетками была источником увеличения количества стволовых клеток.
"Мы были очень удивлены, обнаружив, что можно отделить количество стволовых клеток от размера ткани хозяина, не наблюдая отрицательных последствий для физиологии мышц," отметила Шерил Саутард, соавтор статьи с Джу-Рён Ким. Примечательно, что увеличенное количество позволило мышцам намного быстрее восстанавливаться после травмы.
Важно отметить, что ученые обнаружили, что на мышиной модели мышечной дистрофии Дюшенна сверхэкспрессия TEAD1 замедляла развитие болезни истощения.
Исследователи предполагают, что увеличение количества сателлитных клеток без каких-либо изменений в общем размере мышц делает генетически модифицированную мышь TEAD1 хорошим модельным организмом. С его помощью они надеются открыть молекулярный каскад, который регулирует количество мышечных стволовых клеток и "останавливаться" а также "идти" сигналы, которые заставляют клетки дифференцироваться и затихать.