О способности гормонов, известных как инсулиноподобные факторы роста (IGF) наращивать мышцы, ходят легенды. Просто выполните поиск в Интернете, и вы найдете не только научные статьи, в которых обсуждается влияние IGF на клетки, дающие начало мышечной ткани, но и множество рекламных объявлений, рекламирующих предполагаемые преимущества добавок IGF для бодибилдинга.
Но, несмотря на всеобщий интерес к этим мощным молекулам, отсутствуют ключевые детали того, как IGF работают на мышечные клетки.
Исследование, проведенное группой под руководством молекулярного биолога Мичиганского университета Цуньмин Дуань, раскрыло давнюю тайну работы IGF. Выводы команды, которые планируется опубликовать в Интернете на этой неделе в Proceedings of the National Academy of Sciences, могут привести к новым методам лечения заболеваний, вызывающих истощение мышц, и новым способам предотвращения потери мышечной массы, сопровождающей старение.
А поскольку IGF также вовлечены в рост и распространение злокачественных опухолей, новые открытия могут иметь значение для биологии рака.
Как и другие пептидные и белковые гормоны, IGF работают, связываясь с рецепторами на клетках, на которые они нацелены. Связывание затем запускает каскад реакций, которые в конечном итоге заставляют клетку что-то делать. Вы можете подумать, что данный гормон, связываясь с определенным рецептором, всегда будет вызывать один и тот же ответ от клетки, но это не то, что происходит в случае IGF и миобластов (незрелые клетки, которые развиваются в мышечную ткань).
По словам Дуана, профессора кафедры молекулярной, клеточной биологии и биологии развития, во время формирования мышц связывание IGF с его рецептором может вызвать один из двух очень разных ответов в миобластах. Некоторые клетки стимулируются к делению, в то время как другие интерпретируют тот же самый сигнал как приказ дифференцироваться (стать специализированным).
"Это противоположные и взаимоисключающие клеточные события: как только мышечная клетка делится, она не может дифференцироваться, а как только она дифференцируется, она никогда не сможет снова делиться," Дуан сказал. Как активация одного и того же рецептора одним и тем же гормоном может вызвать два совершенно разных ответа – это один из самых загадочных вопросов об IGF, но Дуан и его коллеги нашли ответ.
"Ответ миобластов контролируется доступностью кислорода," сказал Дуан. Когда уровень кислорода в норме, IGF способствует дифференцировке мышечных клеток; когда уровень кислорода ниже нормы, IGF способствует делению мышечных клеток. Выявив молекулярные детали, исследователи обнаружили, что низкий уровень кислорода активирует посредник, называемый комплексом HIF-1, который перепрограммирует каскад шагов, которые в конечном итоге контролируют реакцию клетки.
Полученные данные не только показывают, как мышечные клетки реагируют на различные уровни кислорода во время нормального развития, но также имеют значение для болезней человека, сказал Дуан. "Например, основная причина того, что мышечная атрофия возникает с возрастом, заключается в том, что сигнал IGF становится слабее. Если мы сможем найти способ повлиять на сигнализацию IGF, мы сможем остановить или обратить вспять убыток." Хотя манипулирование уровнями кислорода в живых клетках может быть затруднительным, можно управлять HIF-1 таким образом, чтобы имитировать изменение уровня кислорода.
Эта работа также может помочь ученым лучше понять процессы, связанные с прогрессированием и распространением рака. Известно, что IGF может способствовать делению и выживанию опухолевых клеток, а также что уровень кислорода в опухолевой ткани часто ниже, чем в нормальной ткани. Обнаружение связи между активностью IGF и уровнем кислорода может привести к новым стратегиям лечения рака.