Исследователи из Медицинской школы Перельмана при Пенсильванском университете сделали открытие о мышечной дистрофии, которое предлагает новые возможности лечения. В исследовании, опубликованном сегодня в Интернете в Stem Cell Reports, исследователи обнаружили, что стволовые клетки в мышцах пациентов с мышечной дистрофией могут в раннем возрасте терять способность регенерировать новые мышцы из-за укороченных теломер.
Теломеры представляют собой хвостовые цепи ДНК на концах хромосом, которые защищают хромосомы во время деления клеток. Во многих типах клеток теломеры также служат в качестве часов биологического обратного отсчета, укорачиваясь с каждым делением клетки, пока их уменьшенная длина не вызовет гибель клетки или неактивное, неделящееся состояние, называемое старением. Команда обнаружила, что теломеры, в частности, в мышечных стволовых клетках, аномально короткие у мальчиков-подростков с мышечной дистрофией Дюшенна (МДД), а также у молодых мышей с тем же генетическим заболеванием. Обнаружение укороченных теломер может помочь объяснить, почему предыдущие исследования обнаружили дефекты функций мышечных стволовых клеток у пациентов с мышечной дистрофией.
"Мы обнаружили, что у мальчиков с МДД теломеры настолько короткие, что мышечные стволовые клетки, вероятно, истощены," сказал старший автор исследования Фотейни Муркиоти, доктор философии, доцент кафедры ортопедической хирургии, клеточной биологии и биологии развития и содиректор программы регенерации опорно-двигательного аппарата в Институте регенеративной медицины Пенсильвании. "Из-за МДД их мышечные стволовые клетки постоянно восстанавливаются, а это означает, что теломеры становятся короче с ускоренной скоростью, намного раньше в жизни. Будущие методы лечения, предотвращающие потерю теломер и сохраняющие жизнеспособность мышечных стволовых клеток, могут замедлить развитие болезни и ускорить регенерацию мышц у пациентов."
Мышцы имеют тенденцию к дегенерации при мышечной дистрофии, потому что мутации генов, вызывающие эти нарушения, делают мышечные волокна ненормально хрупкими, так что они повреждаются даже при обычной физической активности. В принципе, мышечные стволовые клетки могут регенерировать эту потерянную мышцу, тем самым замедляя или даже останавливая процесс болезни. Но некоторые ученые, в том числе Муркиоти, подозревали, что при мышечной дистрофии непрерывные циклы повреждения и восстановления мышц, требующие почти постоянного деления мышечных стволовых клеток, вскоре подрывают регенеративные способности мышечных стволовых клеток, укорачивая их теломеры и вызывая ранняя смерть или старение.
"Проблема с попытками определить, что происходит в мышечных стволовых клетках МДД, заключается в том, что нам не хватало инструментов для измерения длины теломер в этих стволовых клетках," Муркиоти сказал.
Чтобы сделать свое открытие у пациентов с МДД, Муркиоти и его коллеги разработали новый метод измерения теломер стволовых клеток, основанный на существующей методике, называемой флуоресцентной гибридизацией in situ (FISH). Теломеры состоят из одной короткой последовательности строительных блоков ДНК (TTAGGG), повторяющейся снова и снова, а новый метод на основе FISH (MuQ-FISH) использует флуоресцентный зонд, специально предназначенный для прикрепления к этой последовательности. Более длинные теломеры накапливают больше зондов и ярче флуоресцируют. Этот метод можно использовать с микроскопом и оборудованием для электронной визуализации для измерения длины теломер в отдельных стволовых клетках.
Муркиоти и ее команда первоначально использовали свою новую технику, чтобы показать, что теломеры мышечных стволовых клеток имеют примерно одинаковую длину у здоровых лабораторных мышей, независимо от того, молодые они или старые. Напротив, ученые обнаружили, что у молодых мышей с тяжелым расстройством, подобным МДД, а также у нескольких пациентов-подростков с МДД мышечные стволовые клетки в среднем имели ненормально укороченные теломеры. Другие не стволовые мышечные клетки у пациентов с МДД имели нормальную длину теломер.
Полученные данные свидетельствуют о том, что сокращение теломер именно в мышечных стволовых клетках является фактором прогрессирующего мышечного ослабления и истощения, наблюдаемого у пациентов с мышечной дистрофией. Это, в свою очередь, предполагает, что генная терапия и другие методы лечения мышечных дистрофий, которые сейчас разрабатываются для лечения мышечных дистрофий, могут быть более эффективными, если их вводить до того, как мышечные стволовые клетки утратят свои способности к регенерации мышц. Полученные данные также указывают на возможность того, что будущие методы лечения, блокирующие укорочение теломер в мышечных стволовых клетках, могут замедлить или даже остановить заболевание. Муркиоти и его коллеги теперь планируют использовать свой новый метод, чтобы помочь им найти такое лечение, с прицелом на раннее вмешательство, когда эти стволовые клетки все еще способны создавать новые мышцы.
"В настоящее время мы ищем сигнальные пути, которые влияют на длину теломер в мышечных стволовых клетках, чтобы в принципе мы могли разработать лекарства, блокирующие эти пути и поддерживающие длину теломер," Муркиоти сказал. "В настоящее время очень мало известно о факторах, которые укорачивают или поддерживают теломеры."
Существует около 30 различных нарушений мышечной дистрофии, все из которых вызваны генными мутациями, нарушающими целостность мышечных клеток. Самый распространенный, МДД, вызывается мутациями гена Х-хромосомы и поражает одного из каждых полутора тысяч мальчиков, рожденных в Соединенных Штатах. Более легкие мышечные дистрофические расстройства обычно приводят к пожизненной инвалидности. Более серьезные, такие как МДД, в конечном итоге разрушают мышцы, необходимые для дыхания, и сокращают продолжительность жизни до середины 20 лет. В настоящее время не существует специального лечения, которое могло бы остановить прогрессирование этих заболеваний.