С возрастом мышцы постепенно теряют силу и способность восстанавливаться после повреждений. Ученые обнаружили молекулярный механизм, который помогает объяснить, как физическая активность противодействует этим изменениям. О том, какую роль в этом процессе играет ген DEAF1 и почему открытие может помочь в борьбе с возрастной потерей мышечной силы, — в материале «Известий».

Исследователи из Медицинской школы Университета Дьюка и Национального университета Сингапура совместно со специалистами Сингапурской больницы общего профиля и Кардиффского университета обнаружили механизм, с помощью которого физическая активность помогает поддерживать здоровье стареющих мышц. Результаты работы опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Ключевую роль в этом процессе играет ген DEAF1. С возрастом его активность повышается, что нарушает баланс между производством новых белков и удалением поврежденных. В результате в мышечных клетках накапливаются дефектные белки, а способность тканей поддерживать нормальную работу и восстанавливаться ухудшается.

Ученые установили, что физическая активность помогает снизить уровень DEAF1 и восстановить баланс клеточных процессов. Это позволяет мышцам эффективнее избавляться от поврежденных белков и поддерживать здоровую ткань. При этом исследование проводили на плодовых мушках и мышах, поэтому результаты пока нельзя напрямую переносить на человека.

Для нормальной работы мышечной ткани необходимо поддерживать равновесие между производством новых белков и удалением старых или поврежденных. Белки формируют структуру мышечных клеток и обеспечивают их работу, поэтому своевременное обновление этих компонентов необходимо для поддержания силы и восстановления тканей.

Один из основных регуляторов этого процесса — сигнальный путь mTORC1, который управляет производством белков и поддерживает рост клеток. Если его активность становится чрезмерной, мышечные клетки начинают активнее производить белки, но при этом хуже справляются с удалением поврежденных компонентов. Со временем они накапливаются и мешают нормальной работе клеток.

Исследователи обнаружили, что с возрастом этот дисбаланс связан с повышением уровня DEAF1. В норме активность гена контролируют белки семейства FOXO, участвующие в регуляции генов и поддержании клеточных процессов. Однако с возрастом активность FOXO снижается, ослабляя контроль над DEAF1. В результате усиливается активность mTORC1 и нарушается нормальное обновление белков в мышцах.

Таким образом, ученые выявили последовательность молекулярных изменений, которая помогает объяснить, почему стареющим мышцам становится труднее поддерживать здоровую ткань и восстанавливаться после повреждений.

Исследователи выяснили, что упражнения активируют регуляторные белки, которые снижают уровень DEAF1. Благодаря этому активность mTORC1 возвращается к более сбалансированному состоянию: мышечные клетки могут продолжать производить необходимые белки и одновременно эффективнее удалять поврежденные.

Хун-Вэнь Тан, доцент программы изучения рака и стволовых клеток Медицинской школы Университета Дьюка и Национального университета Сингапура и руководитель исследования

Физические упражнения могут обратить этот процесс вспять, исправив дисбаланс. Физическая активность активирует определенные белки, которые снижают уровень DEAF1 и возвращают сигнальный путь роста в равновесие. Это позволяет стареющим мышцам избавляться от поврежденных белков, правильно восстанавливаться и сохранять силу и устойчивость.

Результаты экспериментов на плодовых мушках и пожилых мышах подтвердили роль DEAF1 в изменении мышечной силы. Когда исследователи повышали уровень этого гена, мышцы быстрее слабели. Когда его уровень снижали, баланс между производством и удалением белков улучшался, а мышечная сила восстанавливалась.

При этом у механизма есть ограничения. Если уровень DEAF1 становится слишком высоким или активность FOXO падает слишком сильно, одних упражнений может оказаться недостаточно для полного восстановления нормальных процессов в мышцах. Это может объяснять, почему люди старшего возраста по-разному реагируют на физическую нагрузку.

Речь не идет о том, что упражнения перестают быть полезными, — исследователи указывают на необходимость лучше понимать изменения, происходящие в стареющих клетках.

Присциллия Чой Сзе Мун, научный сотрудник Университета Дьюка и Национального университета Сингапура и первый автор исследования

Физические упражнения дают мышцам сигнал очиститься и перезагрузиться. Снижение уровня DEAF1 помогает стареющим мышцам восстановить силу и равновесие — почти как если бы можно было повернуть время вспять.

DEAF1 влияет не только на работу зрелых мышечных клеток, но и на мышечные стволовые клетки, которые участвуют в восстановлении и регенерации ткани после повреждений. С возрастом эти клетки становятся менее эффективными, из-за чего организму сложнее восстанавливать мышцы. Нарушения, связанные с DEAF1, могут дополнительно затруднять этот процесс.

Ученые предполагают, что воздействие на DEAF1 в будущем может стать основой для разработки методов поддержания мышечной силы и восстановления тканей. Такие подходы могли бы оказаться полезными для людей, которым трудно заниматься физическими упражнениями, например для пациентов после серьезных операций, тяжелых заболеваний или при хронических состояниях, включая рак.

Одна из возможных перспектив — научиться воспроизводить некоторые молекулярные эффекты физической активности с помощью воздействия на этот ген. Однако пока это только направление для будущих исследований: эффективность и безопасность такого подхода у людей не установлены.

Патрик Тан, старший заместитель декана по исследованиям Университета Дьюка и Национального университета Сингапура

Это исследование помогает на молекулярном уровне объяснить, почему стареющие мышцы теряют способность восстанавливаться и почему физические упражнения могут вернуть этот баланс у некоторых людей. Выявление DEAF1 как ключевого регулятора этого процесса может привести к новым способам использования преимуществ физической активности в обществах со стареющим населением.

Таким образом, работа раскрывает один из механизмов, благодаря которым упражнения помогают поддерживать мышцы. Теперь исследователям предстоит выяснить, можно ли использовать эти знания для разработки дополнительных методов профилактики возрастной потери мышечной силы и сохранения подвижности.