Новости

7 Февраля, 2020 11:08

Ученые нашли изменения в структуре митохондрий при болезни Дюшенна

Ученые из Йошкар-Олы и Пущино показали на мышах, что при мышечной дистрофии Дюшенна происходят структурные перестройки энергетических станций клетки – митохондрий. В результате нарушается транспортировка ионов кальция, которые участвуют в регуляции мышечного сокращения. Этот механизм, вероятно, способствует развитию болезни, но он же может послужить мишенью для ее терапии. Статья опубликована в журнале Biochimica et Biophysica Acta (BBA) – Molecular Basis of Disease. Работа выполнена в рамках Президентской программы исследовательских проектов Российского научного фонда.
Картинка: Михаил Дубинин проводит тест на струне. Источник: Михаил Дубинин

Миопатия (или миодистрофия) Дюшенна – тяжелое генетическое заболевание, которым болеют в основном мальчики: примерно один из пяти тысяч. В Москве ежегодно рождается примерно 10 детей с таким нарушением, а в России – около 100. Болезнь дает о себе знать еще в раннем детстве и постепенно прогрессирует. Это проявляется в снижении плотности костей, ограничении подвижности суставов. У страдающих заболеванием плохая осанка, увеличенные икры, нарастающая слабость, нарушение сердечного ритма, они чаще остальных ломают руки и ноги. Уже в подростковом возрасте человек теряет способность к самостоятельному передвижению, а после возникает сердечная и дыхательная недостаточность. С этим заболеванием живут совсем недолго: большинство пациентов умирают в 15–25 лет.

Причина заболевания кроется в мутации гена белка дистрофина. Он отвечает за связь мышечных волокон с внеклеточным матриксом, окружающим клетки. Из-за нарушения в структуре соответствующего гена патологически изменяется структура и функции белка. Развитие болезни Дюшенна также тесно связано с нарушением работы митохондрий – энергетических станций клетки.

«Отечественными учеными регулярно проводятся исследования, направленные на клиническую оценку митохондриальных изменений при миодистрофиях. Удалось выявить устойчивые пути патоморфологических изменений, в том числе связанных с митохондриями. Известно, что эти органеллы не только обеспечивают клетку энергией, но и регулируют содержание кальция и, следовательно, работу основных двигательных белков мышцы», – рассказывает Михаил Дубинин, кандидат биологических наук, доцент кафедры биохимии, клеточной биологии и микробиологии Марийского государственного университета (Йошкар-Ола).

Ученые исследовали состояние структур митохондрий, связанных с транспортом кальция в митохондриях скелетных мышц. Для этого использовали мышей с точечной мутацией в гене дистрофина, а также здоровых животных в качестве контроля. Сначала проводили тест на струне: мышь висит на жесткой проволоке, держась за нее передними лапами, ее задача – провисеть 30 секунд. В зависимости от результата прохождения теста ученые делали вывод о ее физической силе и выносливости. Для изучения структуры митохондрий готовили препараты мышечной ткани бедра и фиксировали их в специальном растворе. Затем образцы обезвоживали концентрированными спиртами и помещали в капсулу со смолой. Ультратонкие срезы мышечной ткани наблюдали под электронным микроскопом. На следующем этапе исследовали, как митохондрии поглощают, высвобождают и удерживают ионы кальция. Оказалось, что при развитии мышечной дистрофии Дюшенна в этих органеллах меняются структура и роль систем, ответственных за транспорт ионов кальция. С одной стороны, снижается эффективность накопления кальция, с другой стороны, митохондрии намного хуже удерживают ионы.

В экспериментах исследователи оценивали скорость притока кальция в митохондрии по времени поглощения ионов органеллами. Оказалось, что у животного с мутацией эта скорость снижена более чем в 2 раза по сравнению со здоровыми. Кроме того, митохондрии больных мышей способны поглощать гораздо меньше кальция, чем здоровые животные. Это чревато нарушением проницаемости мембраны митохондрии, из-за чего может начаться высвобождение веществ, запускающих программу клеточной гибели.

«Мы обнаружили перестройки в кальций-транспортирующих системах митохондрий. Из-за них ион плохо аккумулируется в этих органеллах. Это, в свою очередь, способствует значительному увеличению уровня свободного внутриклеточного кальция в мышечной ткани и драматически ускоряет развитие болезни, – говорит Михаил Дубинин. – Также мы полагаем, что, воздействуя на кальций-транспортирующие системы митохондрий, возможно корректировать протекание этого нервно-мышечного заболевания. Такой метод позволит разработать новые подходы к терапии болезни Дюшенна».

Исследование проводили сотрудники Марийского государственного университета, а также их коллеги из Института теоретической и экспериментальной биофизики (ИТЭБ) РАН.

17 Сентября, 2020
Создан программный комплекс для моделирования самосборки молекулярных слоев
Российские ученые разработали программу, которая позволяет моделировать процессы на поверхностях тве...
17 Сентября, 2020
Извержения вулканов станут более предсказуемыми
Российские ученые установили закономерности извержения вулканов, выявив влияние вязкости магмы на фо...