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.
Одна из авторов работы Анастасия Игошкина, студентка МарГУ, проводит эксперимент. Источник фото: Михаил Дубинин
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 снижаются 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.
Оценка мышечной силы мышей. Источник фото: Михаил Дубинин
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.
Информация и фото предоставлены пресс-службой Российского научного фонда
