Stary niedźwiedź mocno śpi - i nie traci siły

Chociaż niedźwiedzie grizzly spędzają wiele miesięcy w stanie hibernacji, ich mięśnie nie ulegają zanikowi. We wrześniu niedźwiedź zaczyna się objadać, by zgromadzić tłuszcz na zimę, zaś między listopadem a styczniem zapada w sen zimowy, z którego budzi się dopiero miedzy marcem a majem. Hibernujący niedźwiedź ma znacznie obniżony metabolizm, jego serce bije bardzo powoli, nie wydziela moczu, nie wydala kału. Poziom związków azotu we krwi ssaka drastycznie wzrasta, zwierzę nie reaguje także na działanie insuliny.

Człowiek, który tak jak niedźwiedź leżałby nieruchomo przez cztery miesiące, miałby poważne problemy zdrowotne - od zakrzepicy po zmiany psychologiczne, ale przede wszystkim z powodu zaniku mięśni. Do zaniku dochodzi na przykład u osób, które musiały przez długi czas leżeć w łóżku czy miały unieruchomioną w gipsie rękę lub nogę.

Badania nad mięśniami niedźwiedzi przeprowadził zespół prof. Michaela Gotthardta z berlińskiego Max Delbrueck Center for Molecular Medicine (MDC) we współpracy ze specjalistami z Greifswald oraz USA. Naukowców szczególnie zainteresowało to, jakie geny z komórkach mięśni niedźwiedzia są aktywne oraz jaki efekt wywierają wytwarzane w związku z tym białka.

W tym celu badacze analizowali dostarczone przez Washington State University próbki niedźwiedzich mięśni zarówno podczas hibernacji, jak i w okresie pomiędzy hibernacjami. By sprawdzić, jakie geny i białka są aktywne, wykorzystano techniki sekwencjonowania genów, oraz spektrometrii masowej. Uzyskane wyniki zostały porównane z wynikami dotyczącymi innych organizmów – w tym ludzi, myszy oraz nicieni.

Udało się odkryć białka, które silnie wpływają na metabolizm aminokwasów niedźwiedzia podczas hibernacji. W rezultacie jego komórki mięśniowe zawierają większe ilości tak zwanych aminokwasów nieistotnych (NEAA) - takich, które komórka sama potrafi wytwarzać z innych związków.

Wcześniejsze badania wykazały, że podawanie NEAA zapobiegało zanikowi mięśni w przypadku komórek ludzi i zwierząt, jednak podawanie ich pacjentom w formie tabletek lub proszków okazało się nieskuteczne, ponieważ nie docierały do miejsc, gdzie były potrzebne.. Być może skuteczniejsze okaże się pobudzenie ludzkich mięśni do wytwarzania NEAA poprzez aktywację odpowiednich szlaków metabolicznych.

Aby dowiedzieć się, które szlaki sygnałowe należy aktywować w mięśniach, Gotthardt i jego zespół porównali aktywność genów u niedźwiedzi grizzly, ludzi i myszy. Dane pochodziły od pacjentów w podeszłym wieku lub obłożnie chorych oraz od myszy cierpiących na atrofię mięśni - na przykład w wyniku ograniczonego ruchu po nałożeniu gipsu. „Chcieliśmy dowiedzieć się, które geny są regulowane w różny sposób u zwierząt, które hibernują oraz u tych, które nie zapadają w sen zimowy” - wyjaśnia Gotthardt.

Naukowcy natknęli się na całą serię takich genów. Aby zawęzić listę potencjalnych kandydatów do leczenia atrofii mięśni, zespół przeprowadził eksperymenty z nicieniami. W przypadku tych robaków poszczególne geny można stosunkowo łatwo dezaktywować i szybko zobaczyć, jaki ma to wpływ na wzrost mięśni.

Za pomocą tych eksperymentów udało się zidentyfikować kilka genów, które dają nadzieję na dalsze badania w przyszłych eksperymentach na myszach. Należą do nich geny Pdk4 i Serpinf1, które biorą udział w metabolizmie glukozy i aminokwasów oraz gen Rora, który przyczynia się do rozwoju rytmów okołodobowych. „Zbadamy teraz skutki dezaktywacji tych genów - zapowiada Gotthardt. - Nadają się one jako cele terapeutyczne tylko wtedy, gdy nie występują skutki uboczne lub są one ograniczone”. (PAP)

Autor: Paweł Wernicki

pmw/ agt/