Регулярные упражнения – одно из лучших средств защиты от метаболических заболеваний, таких как ожирение и диабет, но почему?? Это вопрос, на который ученые все еще не могут ответить. Хотя упражнения меняют молекулярное поведение мышц, не совсем понятно, как эти молекулярные изменения улучшают метаболическое здоровье.
Ученые из Копенгагенского университета разработали новую технологию, которая позволяет исследователям изучать биологию мышц на более подробном уровне и, надеюсь, найти новые ответы. Они извлекли «быстрые» и «медленные» мышечные волокна из лиофилизированных образцов мышц, которые были взяты до и после 12 недель тренировок на велосипеде. Их всесторонний анализ экспрессии белка в волокнах дает новые доказательства того, что типы волокон по-разному реагируют на тренировки.
Исследование, опубликованное в Nature Communications, также демонстрирует неиспользованный потенциал лиофилизированных образцов, хранящихся в морозильных камерах по всему миру.
"Известно, что метаболические нарушения и некоторые мышечные заболевания влияют на определенные типы волокон или сохраняют их, поэтому детальное исследование конкретных типов волокон имеет решающее значение. Предыдущие исследования, включающие крупномасштабный анализ белков мышечных волокон, требовали выделения отдельных мышечных волокон из свежеполученных биопсий мышц. Поскольку изоляция мышечных волокон требует много времени, у этого подхода есть свои ограничения. Наш метод позволяет анализировать мышечные волокна уже собранных биопсий мышц, а также прокладывает новый путь для будущих исследований," – говорит доцент Атул Дешмук из Центра фундаментальных метаболических исследований Ново Нордиск (CBMR) при Университете Копенгагена.
Грязные и запутанные образцы мышц
Скелетные мышцы содержат крошечные волокна, которые можно разделить на быстрые или медленные. Проще говоря, быстро сокращающиеся волокна создают взрывную энергию, но быстро устают, в то время как медленно сокращающиеся волокна менее энергичны, но обладают большей выносливостью. У большинства людей в мышцах есть четное количество обоих типов, но соотношение может сильно различаться у разных людей. Это означает, что упражнения могут принести людям разную пользу в зависимости от этого соотношения.
В мышце тысячи волокон связаны вместе соединительной тканью и перемежаются рядом типов клеток с поддерживающей функцией. Из-за всех этих разных типов клеток ученым трудно интерпретировать результаты всего образца мышц и связать наблюдаемые изменения с конкретными типами клеток.
Понимая потенциал изучения отдельных волокон, Атул Дешмук объединился с профессором Маттиасом Манном из Центра исследований белков Novo Nordisk Foundation и Группой Войташевского из Департамента питания, физических упражнений и спорта Копенгагенского университета.
Заточка мышечных волокон
Они набирали здоровых людей на 12 недель тренировок на выносливость и собирали образцы мышц до и после тренировки, которые затем подвергали сублимационной сушке. Затем они извлекли из образцов быстро и медленно сокращающиеся мышечные волокна и выполнили протеомику на основе масс-спектрометрии с высоким разрешением – инструмент, который позволяет ученым одновременно измерять тысячи белков в разных образцах.
Они идентифицировали более 4000 различных белков в образцах и обнаружили, что тренировка с физической нагрузкой изменяет экспрессию сотен различных белков как в быстрых, так и в медленно сокращающихся типах волокон. Важно отметить, что они обнаружили различия в экспрессии белков двух типов волокон после тренировки, что демонстрирует, что быстро и медленно сокращающиеся мышцы реагируют по-разному.
"Наш метод можно масштабировать для высокопроизводительного анализа сотен отдельных мышечных волокон из одной биопсии. Сочетание этого подхода с современным высокочувствительным масс-спектрометром может помочь понять неоднородность типов волокон в здоровых и пораженных скелетных мышцах," – говорит доцент Атул Дешмук из Центра фундаментальных метаболических исследований Ново Нордиск (CBMR) при Университете Копенгагена.
Наркотики, которые случайно не нацелены на сердце
По массе скелетные мышцы – самый большой орган в организме, и даже небольшие изменения могут иметь огромное влияние на обмен веществ в организме. Таким образом, скелетная мышца представляет собой интересную фармакологическую ткань-мишень с большим потенциалом в лечении метаболических заболеваний. Однако одна из проблем состоит в том, чтобы избежать побочных эффектов, например, в сердечной мышце, которая состоит из специализированных волокон, имеющих некоторое сходство с медленными волокнами скелетных мышц.
"Таким образом, наш репозиторий белков, специфичных для определенного типа волокон, является первым шагом на пути к идентификации белков скелетных мышц, которые специфичны для быстро сокращающихся волокон, что позволяет нацеливать и доставлять лекарство к этому конкретному типу волокон и потенциально избегать побочных эффектов в сердце," говорит профессор Йорген Войташевски с факультета питания, физических упражнений и спорта Копенгагенского университета.