Скелетная мышца – самая большая ткань в организме человека, отвечающая не только за передвижение, но и за энергетический обмен и выработку тепла. Возрастная атрофия мышц снижает двигательную функцию и способствует необходимости ухода за больными. Кроме того, известно, что атрофия мышц, связанная с различными хроническими заболеваниями, является фактором риска для продолжительности жизни. Миобласты, клетки-предшественники мышц, играют важную роль в поддержании гомеостаза мышц. Однако сообщалось, что дифференцировочная способность миобластов снижается с возрастом и болезнью, и это считается одной из причин атрофии мышц. Чтобы предотвратить или лечить атрофию мышц, группа исследователей под руководством доцента Томохидэ Такая из факультета сельского хозяйства Университета Шиншу изучала молекулы, которые способствуют дифференцировке миобластов.
Исследовательская группа сосредоточилась на олиго-ДНК (короткая одноцепочечная ДНК), которая проявляет разнообразную активность in vivo. В результате поиска последовательностей, которые способствуют дифференцировке миобластов среди 50 типов олиго-ДНК, полученных из геномной последовательности лактобацилл, они обнаружили, что олиго-ДНК из 18 оснований с теломерной последовательностью оказывает чрезвычайно сильное индуцирующее действие на дифференцировку миобластов. Эта «миогенетическая олиго-ДНК» (myoDN) действует как аптамер, который связывается с белком нуклеолином в миобластах, образуя характерную трехмерную структуру. В результате было обнаружено, что myoDN способствует дифференцировке миобластов путем ингибирования функции нуклеолина и, в конечном итоге, активации сигнального пути p53.
Число людей с атрофией мышц увеличивается в нашем гипер-пожилом обществе. Ухудшение двигательной функции, качества жизни и продолжительности жизни людей из-за атрофии мышц в настоящее время является серьезной социальной проблемой. Одним из возможных решений этой проблемы является активация мышечных стволовых клеток, и исследовательская группа искала молекулы, которые способствуют дифференцировке мышечных стволовых клеток или формированию мышц.
Обычно в таких исследованиях ученые ищут молекулы, которые действуют на заданную цель. Однако группа исследователей хотела найти новую молекулу, которая никогда не была обнаружена раньше, поэтому цель не была установлена, и вместо этого группа искала молекулу, которая действовала бы на заранее определенную цель. Проф. Takaya построил экспериментальную систему, чтобы надежно определить только, был ли достигнут конечный показатель, формирование мышц. В результате группе посчастливилось найти уникальную молекулу myoDN. Олиго-ДНК, полученная из последовательности генома молочнокислых бактерий, была идентифицирована для дифференциации миобластов. Ожидается, что этот myoDN будет применяться в качестве лекарства на основе нуклеиновых кислот в качестве полезной молекулы для профилактики и лечения мышечных заболеваний, включая атрофию мышц.
myoDN был разработан соавтором исследования доктором. Такеши Симосато, также с факультета сельского хозяйства Университета Синшу. myoDN изначально был разработан как иммуномодулирующая молекула, но, к сожалению, у нее не было этой функции, и она хранилась как отклоненная молекула в лаборатории Shimosato. Никто не понимал, как работает myoDN, когда его впервые нашли. Однако взаимосвязь между трехмерной структурой и молекулярной функцией myoDN полностью соответствовала предсказаниям компьютерного моделирования, выполненного Dr. Кодзи Умэдзава из сельскохозяйственного факультета Университета Синсю и фактические результаты экспериментов.
Судьба стволовых клеток может контролироваться олиго-ДНК, полученной из микробных геномов, но не содержащей генетической информации. Конечная цель – разработать препараты на основе myoDN для лечения мышечной атрофии и мышечных заболеваний у людей, чтобы люди могли продолжать вести активную жизнь даже в старости. Ожидается, что myoDN станет первой в мире олиго-ДНК, которая способствует дифференцировке мышц, для применения в качестве профилактического и терапевтического средства при атрофии мышц.