Некоторые люди хорошо реагируют как на аэробные упражнения, так и на силовые тренировки, а другие – нет. И некоторые из нас хорошо реагируют только на одну из этих вещей, но не на обе. Ученые из Диабетического центра Джослин обнаружили удивительную молекулярную "выключатель" Это может помочь объяснить, почему это происходит.
"Мы выявили биологический путь, активируемый физическими упражнениями, который вообще не изучался," говорит Сара Лессард, доктор философии.D., помощник исследователя в отделе клинических, поведенческих и исходных исследований Джослина и первый автор статьи, представляющей исследование в журнале Nature Communications.
Изучая лабораторных животных и людей, Лессард и ее коллеги обнаружили, что белок, называемый N-концевой киназой c-Jun (JNK), помогает стимулировать реакцию на упражнения. Исследователи говорят, что если JNK активируется во время упражнений, это стимулирует рост скелетных мышц. Если он не активирован, мышцы улучшают свою адаптацию к выносливости и аэробной способности.
"Это как переключатель," Замечания Лессарда. "Если переключатель включен, у вас будет рост мышц. Если он выключен, у вас есть адаптация к выносливости в мышцах."
Физические упражнения являются основой нашего общего здоровья, а упражнения, способствующие развитию аэробных способностей, являются мощным фактором предотвращения диабета, сердечно-сосудистых заболеваний и других хронических заболеваний обмена веществ. Однако эта емкость распределяется между нами неравномерно.
"Если сотня человек будет выполнять одну и ту же программу аэробных тренировок, у некоторых значительно улучшатся аэробные способности, а у других практически не будет реакции," Заметки Lessard. Ее лаборатория изучает биологические сигналы, которые говорят мышцам адаптироваться к аэробным нагрузкам или росту мышц.
В предыдущей работе команда Джослина изучила, какие гены были активированы в двух группах лабораторных крыс, которых разводили на протяжении многих поколений, чтобы они очень хорошо или очень плохо реагировали на тренировки на выносливость (бег на беговых дорожках). Ученые обнаружили, что активация биологического пути JNK предсказывала, что животное будет плохо реагировать на тренировки на выносливость.
Это открытие было немного неожиданным, поскольку исследователи знали, что JNK связан с воспалением при метаболических заболеваниях, таких как диабет 2 типа и ожирение. Так почему же протеин активируется упражнениями??
Лессард и ее коллеги начали свое текущее исследование с мышей, которые были генетически модифицированы, чтобы подавить выработку JNK в их мышцах. Эти "Нокаут JNK" мыши остаются совершенно здоровыми и будут энергично бегать на колесах в своих клетках, как обычные мыши. ("Мыши действительно любят бегать по несколько километров за ночь," Замечания Лессарда.)
Но когда обе группы мышей были обучены бегу, исследователи обнаружили, что у мышей с нокаутом JNK было намного больше, чем у нормальных мышей, аэробных нагрузок, наряду с более высокими уровнями кровеносных сосудов и типа мышечных волокон, специализирующихся на повышении выносливости.
Затем исследователи Joslin провели эксперимент, который способствует росту мышц у животных. Нормальные мыши удвоили массу пораженных мышц, но мыши с нокаутом JNK не увеличили свою мышечную массу почти так же сильно.
Глубже погрузившись в биологические механизмы, лежащие в основе этих результатов, ученые обнаружили, что JNK работает через хорошо изученный путь с участием миостатина, белка, который сдерживает рост мышц. Миостатин нацелен в некоторых клинических испытаниях, направленных на увеличение мышечной массы при старении и при таких заболеваниях, как запущенный рак, когда потеря мышечной массы часто является серьезной проблемой.
Затем исследователи Джослина совместно с Верноном Коффи, доцентом кафедры физических упражнений и спортивной науки в Университете Бонда в Голд-Косте, Квинсленд, Австралия, провели тесты на здоровых добровольцах. Результаты группы Коффи показали, что действуют аналогичные биологические механизмы.
Тесты показали, что JNK сильно активировался в мышцах людей, поднимающих тяжести ног, упражнение с сопротивлением. Напротив, JNK обычно не активировался в мышцах, когда добровольцы выполняли велоспорт, упражнение на выносливость.
Но у значительного меньшинства испытуемых действительно наблюдалась некоторая активация JNK в мышцах ног во время упражнений на выносливость. Эта активация может препятствовать адаптации к выносливости и может объяснить, почему некоторые люди не реагируют также на упражнения на выносливость.
Команда Joslin ищет различные способы подавить активацию JNK. Среди них ученые считают, что активация JNK во время упражнений зависит от степени механической нагрузки на мышцы, и что некоторые люди испытывают более высокий уровень механического стресса во время аэробных упражнений. Если это так, разработка подходов к снижению этого стресса может улучшить реакцию.
Кроме того, исследователи проводят эксперименты с моделями животных, чтобы попытаться вылечить это состояние с помощью лекарств, которые ингибируют JNK или связанные с ним молекулярные мишени.
Исследование Joslin имеет прямое значение для профилактики диабета 2 типа, уменьшения осложнений диабета и профилактики сердечно-сосудистых заболеваний. Это также может оказаться полезным для разработки терапевтических подходов к наращиванию мышечной массы для борьбы с заболеваниями, вызывающими истощение мышц. (Это также может помочь объяснить "явление интерференции" опыт спортсменов во время параллельных тренировок.)
"Мы начали выяснять, как мышцы решают, будут ли они расти или адаптироваться к выносливости, что на самом деле не было известно," Лессард подводит итог. "И мы обнаруживаем, что этот процесс напрямую связан с риском диабета 2 типа."
Лессард и ее коллеги сейчас проверяют эту гипотезу в исследовании, посвященном анализу биологического пути JNK во время упражнений на выносливость, сравнивая людей с повышенным риском диабета 2 типа и людей с нормальным риском.
Если чрезмерная активация пути JNK во время упражнений на выносливость действительно увеличивает риск диабета, и если ученые смогут найти способ остановить этот процесс, "мы могли бы обратить вспять риск у некоторых людей," Лессард размышляет.