Ключова молекула пояснює, чому кістки слабшають з віком
Перше у своєму роді дослідження показує, що з віком рівні певної молекули зростають, що замовчує іншу молекулу, яка створює здорову кістку. Це також передбачає, що виправлення цього дисбалансу може покращити здоров'я кісток, можливо, запропонувавши нові шляхи лікування остеопорозу.
Остеопороз вражає близько 200 мільйонів жінок у всьому світі.
Вважається, що кожна третя жінка та кожен п’ятий чоловік у віці 50 років і старше протягом життя переживають перелом кістки в результаті остеопорозу.
За оцінками Сполучених Штатів, 44 мільйони людей старше 50 років живуть із цим захворюванням, що робить це основною проблемою охорони здоров'я.
Нові дослідження наближають нас до розуміння процесу, що призводить до деградації кісток при остеопорозі, та до нових можливих способів боротьби зі станом.
Отримані результати пояснюють ключову молекулярну динаміку, яка пояснює прогресивну слабкість наших кісток у міру старіння.
Доктор Садананд Фулзеле, кістковий біолог, який працює у відділі ортопедичної хірургії Університету Аугуста, штат Джорджія, є дослідником-кореспондентом та останнім автором нової статті, яка була опублікована в Журнал геронтології: Біологічні науки.
Наближаючи маленького молекулярного винуватця
Доктор Фулзеле та його колеги пояснюють процес формування кісток - який починається з мезенхімальних стовбурових клітин. Це стовбурові клітини, які можна знайти в нашому кістковому мозку і які можуть утворюватися у вигляді хряща, кістки або жиру в кістковому мозку.
Одним із факторів, який впливає на формування цих клітин, в кінцевому підсумку, є сигнальна молекула, яка називається фактором, похідним стромальних клітин (SDF-1).
Попередні дослідження тієї ж групи показали, наскільки SDF-1 важливий для диференціації мезенхімальних стовбурових клітин у різні клітини, що мають вирішальне значення для здоров'я кісток.
Дослідження in vitro та in vivo, проведені дослідниками, показали ключову роль цієї сигнальної молекули для формування кісток. SDF-1 також важливий для відновлення кісток і захищає клітини кісток від окисного стресу, що є дисбалансом між вільними радикалами та антиоксидантами в організмі, що в підсумку призводить до пошкодження ДНК та захворювань.
Також попередні дослідження продемонстрували, що рівень SDF-1 знижується у старіючих мишей; у цьому дослідженні доктор Фулзеле та команда хотіли зрозуміти, як саме регулюється рівень цієї молекули.
У деяких своїх колишніх дослідженнях доктор Фулзеле показав, що невелика молекула, яка називається мікроРНК-141-3p, зупиняє вітамін С, ключовий антиоксидант, потрапляти до наших кісткових клітин.
Команда вже знала, що молекула може зупинити мезенхімальні стовбурові клітини від диференціювання в інші клітини, а також той факт, що мікроРНК-141-3p збільшується з віком. Отже, доктор Фулзеле та команда припустили, що мікроРНК-141-3p знижує SDF-1, і що це один з основних способів, за допомогою якого ця невелика молекула зупиняє здорове формування кісток.
Відновлення нормальної функції кісток, незважаючи на вік
Щоб перевірити це, доктор Фулзеле та його колеги проаналізували мезенхімальні клітини як людини, так і мишей. У молодих клітинах вони виявили, що рівень мікроРНК-141-3р був низьким. Однак у старих клітинах рівень цієї молекули потроївся. Для рівнів SDF-1 було справедливо протилежне.
Потім дослідники ввели мікроРНК-141-3р у мезенхімальні стовбурові клітини, отримані від дорослих у віці 18–40 років, а також від людей похилого віку у віці 60–85 років, які перенесли ортопедичну операцію.
Ін'єкція мікроРНК-141-3p призвела до падіння рівнів SDF-1 і призвела до того, що стовбурові клітини роблять більше жиру замість кісткових клітин. З віком, пояснюють дослідники, зробити жирові клітини, а не кісткові клітини, стає простішим.
Крім того, команда додала мікроРНК-141-3p до кісткових клітин, що погіршувало функції кісток. Однак застосування інгібітора мікроРНК-141-3р покращило функцію кісток.
Результати, пояснює доктор Фулзеле, свідчать про те, що одного разу використання інгібітора мікроРНК-141-3р може допомогти стовбуровим клітинам продовжувати диференціюватися в кісткові клітини, незважаючи на вік та такі стани, як остеопороз.
Інгібітор, зазначає д-р Фулзеле, “нормалізує роботу кісток. Ми думаємо, що [інгібітор] клінічного рівня може допомогти нам зробити те саме у людей ”.
«Якщо вам 20 років і ви робите чудову кістку, - додає він, - у вас все одно буде мікроРНК-141-3p у ваших мезенхімальних стовбурових клітинах. Але коли вам 81 рік і ви робите слабшу кістку, у вас її набагато більше ».
"Ви хочете, щоб це було якось у цьому солодкому місці", - пояснює автор співавтора доктор Вільям Д. Хілл, дослідник стовбурових клітин з Університету Августи. Дослідники кажуть, що вони планують перенести свої висновки в доклінічні моделі, де вони хочуть знайти способи відновлення здорового рівня мікроРНК-141-3p та SDF-1.
«Ми намагаємося набрати його назад, звідки [мікроРНК-141-3p] надмірно експресується через такі фактори, як старіння та окислювальний стрес та придушення естрогену, і повернути його до діапазону, який фактично дозволить нормальніше формування кісток ».
Доктор Вільям Д. Хілл
"Ми виявили ряд мікроРНК, які зі старінням змінюються в стовбурових клітинах кісткового мозку, і ми збираємося після кожного з них зрозуміти, як вони працюють", - додає доктор Хілл.
«Ми починаємо застосовувати більший підхід до біологічних систем, [таким чином ми] не просто змінюємо одну цільову молекулу, але розглядаємо, як ця мережа молекул змінюється з віком чи захворюваннями, і як ми можемо досягти та […] скинути ці різні шляхи ".
