МЫШЕЧНЫЙ МЕТАБОЛИЗМ И ДИАБЕТ

 Исследователи из Института наук о жизни при Мичиганском университете опровергли давнее убеждение, согласно которому формирование белых волокон в скелетных мышцах у больных сахарным диабетом является пагубным явлением для организма.

На самом деле, исследование показало, что развитие белых мышц, которое усиливается при тренировках с отягощением и сахарном диабете помогает контролировать уровень сахара в крови.

Кроме того, молекулярно-метаболические пути, задействованные в этом процессе и выявленные в ходе исследования, могут стать ключом к разработке потенциальных лекарственных препаратов для лечения ожирения и метаболических заболеваний.

«Мы хотели выяснить отношения между типами мышц и обменом веществ в организме, как формируются мышцы, а также какое влияние они оказывают на такие заболевания, как сахарный диабет 2 типа», - сказал Джиянди Лин, преподаватель в Институте наук о жизни и доцента в Медицинской школе Мичиганского Университета.

Выводы Лин опубликованы в журнале Nature Medicine.

У человека все мышечные волокна делятся на три вида: красные, белые и смешанные. Красные мышцы, которые получают свой цвет благодаря миоглобину – белку похожему на гемоглобин, содержащийся в красных клетках крови (эритроцитах), более приспособлены для работы на выносливость, которая важна например в забеге на марафонские дистанции. Белые мышцы имеют мало миоглобина и не имеют столь выраженной красной окраски. Они приспособлены к быстрой и силовой работе, как например в тяжелой атлетике или спринтерских дисциплинах, в которых требуются короткие, мощные взрывы энергии.

«Большинство людей находятся где-то по середине и имеют сочетание красных и белых мышц», - сказал Лин.

Когда вы тренируетесь, нервы передают сигнал мышце, приказывая ей сократиться, для чего ей необходима энергия. В ответ на «приказ» поднять тяжелый вес, белые мышцы используют гликоген для ресинтеза аденозинтрифосфата (АТФ) – вещества, которое расходуется, давая энергию для мышечном сокращения. В то время как этот процесс, который называется гликолизом, помогает производить много энергии в течение короткого времени, запас гликогена скоро истощается.

Однако если мозг приказывает мышцам осуществить медленный и стабильный забег на длинную дистанцию, митохондрии в красных мышцах в первую очередь используют окисление жиров, а не распад гликогена для получения АТФ. Поставка энергии длится намного дольше, но не обеспечивает такой мощности, как при гликолизе.

У людей с диабетом наблюдается формирование белых волокон в мышцах.

«В течение долгого времени, считалось, что изменение цвета мышц с красного на белый делает их менее чувствительными к инсулину, гормону, который понижает уровень сахара в крови», - сказал Лин. «До сих это было лишь предположением. Красные мышцы утрачиваются в результате старения или развития сахарного диабета, но почему именно так происходит, оставалось под вопросом».

Чтобы выяснить это, команда отправилась на поиски белка, отвечающего за образование белых мышц. Они перебрали общедоступные базы данные и определили список потенциальных белков, которые преобладали в белых, но не в красных мышцах.

Дальнейшие исследования привели к тому, что команда сосредоточила свое внимание на белке, под названием BAF60c, отвечающем за механизм, который сообщает клеткам, когда и как экспрессировать определенные гены. Команда Лин создала трансгенную мышь, с целью увеличить BAF60c только в скелетных мышцах. Первая вещь, на которую они обратили внимание, состояла в том, что мыши с большим количеством BAF60c имели более бледные мышцы.

«Это показало, что мы на правильном пути», - сказал ведущий автор Чжо-Сянь Мэн, научный сотрудник в лаборатории Лин.

Они использовали электронную микроскопию, чтобы увидеть преобладание митохондрий в мышцах, и подтвердили, что мышцы BAF60c трансгенных мышей имели меньше митохондрий, чем представители контрольной группы.

«Мы увидели прогнозируемые изменения в молекулярных маркерах, но нам предстояло провести наблюдение за тем, как бегают эти мыши», - сказал Лин.

Если мыши BAF60c могли без труда пробежать короткие расстояния, при этом быстро утомляясь, это доказало бы, что путь BAF60c играл ключевую роль в создании белые мышцы.

Используя беговые дорожки для мышей, они сравнили выносливость мышей BAF60c с контрольной группой обычных мышей, и обнаружили, что трансгенные мыши BAF60c могли пробежать только около 60 процентов от времени, которое могло осилить контрольная группа до наступления усталости.

«Белые мышцы используют гликоген, и трансгенные мыши расходовали запасы гликогена в своих мышцах очень быстро», - сказал Лин.

После нескольких последующих экспериментов, нацеленных на то, чтобы выяснить, какие именно молекулы находятся под контролем BAF60c, Линь и его команда были уверены, что они определили основные факторы, отвечающие за формирование белых мышц. Теперь, когда они знали, как произвести больше белых мышц у животных, они хотели определить, являются ли белые мышцы вредной или адаптивной характеристикой диабета.

Команда спровоцировала ожирение у мышей, посадив их на диету "Super Size Me", сказал Лин. Посредством этой диеты с высоким содержанием жиров мышь удваивает свою массу тела в течение двух-трех месяцев. Они обнаружили, что трансгенные мыши, страдающие ожирением, могли намного лучше контролировать уровень сахара в крови.

«Наши результаты несколько неожиданны», - сказал Лин. «Это действительно полностью меняет наши представления о мышечном метаболизме и диабете».

У людей тренировки с отягощениями способствуют росту белых мышц и снижению сахара в крови. Если будущие исследования, проведенные на людях, покажут, что BAF60c путь действительно играет роль в образовании белых мышц, способствуя оптимизации метаболических функций, данное открытие может привести к разработке новых лекарственных средств.

«Мы знаем, что этот молекулярный путь также работает в клетках человека. Проблема состоит, чтобы выйти на него с помощью лекарственных препаратов», - сказал Лин.

17 Май 2013 г.

Источник:   

Meng ZX, Li S, Wang L, Ko HJ, Lee Y, Jung DY, Okutsu M, Yan Z, Kim JK, Lin JD. Baf60c drives glycolytic metabolism in the muscle and improves systemic glucose homeostasis through Deptor-mediated Akt activation. Nat Med. 2013, vol.19, №5, pp.640-645.

Источник: Спортивная медицина