Usuwanie uszkodzonych elementów komórek jest niezbędne do utrzymania tkanek i narządów ciała w dobrym stanie. W nowych pracach naukowcy z Uniwersytetu w Bonn ustalili, że mechanizmy usuwania odpadów komórkowych są aktywowane przez trening siłowy.
Mięśnie czy nerwy zbudowane są ze składników komórkowych, które nieustannie się zużywają. Uszkodzone składniki są identyfikowane przez białko BAG3, które izoluje je tworząc Autofagosomy. Autofagosomy są jak worek na śmieci, w którym zbierane są odpady komórkowe w celu późniejszego ich recyklingu. W nowych badaniach zespół pod kierunkiem profesora Jörga Höhfelda z Instytutu Biologii Komórki Uniwersytetu w Bonn wykazał, że trening siłowy aktywuje BAG3 w mięśniach. Ma to ważne konsekwencje dla usuwania odpadów komórkowych, ponieważ BAG3 musi zostać aktywowany, aby skutecznie wiązać uszkodzone składniki komórek. Odkrycia te mogą stanowić podstawę nowych terapii niewydolności serca i chorób nerwowych, a nawet przynieść korzyści załogowym misjom kosmicznym.
Wyniki oraz opis badań ukazał się na łamach pisma „Current Biology” (DOI: 10.1016/j.cub.2024.07.088).
Aktywny system oczyszczania jest niezbędny do długoterminowego zachowania tkanek mięśniowych. - Upośledzenie układu BAG3 rzeczywiście powoduje szybko postępujące osłabienie mięśni u dzieci, a także niewydolność serca — jedną z najczęstszych przyczyn zgonów w uprzemysłowionych krajach zachodnich — wyjaśnia profesor Höhfeld.
Naukowcy z Uniwersytetu w Bonn w swoich badaniach korzystali z bogatej wiedzy i doświadczenia fizjologów sportowych z Niemieckiego Uniwersytetu Sportu w Kolonii oraz Uniwersytetu w Hildesheim. Jak podkreślają, odkrycia wskazujące, jak aktywować mechanizm oczyszczania są bardzo ważne. - Wiemy teraz, jaki poziom intensywności treningu siłowego jest potrzebny, aby aktywować układ BAG3, dzięki czemu możemy zoptymalizować programy treningowe dla najlepszych sportowców i pomóc pacjentom fizjoterapeutycznym lepiej budować mięśnie – przyznał profesor Sebastian Gehlert z Uniwersytetu w Hildesheim.
System BAG3 jest aktywny nie tylko w mięśniach. Mutacje w BAG3 mogą prowadzić do choroby nerwowej znanej jako choroba Charcota-Mariego-Tootha. Choroba ta powoduje obumieranie włókien nerwowych w ramionach i nogach, uniemożliwiając osobie poruszanie rękami lub stopami. Badając komórki od pacjentów z tą chorobą zespół badawczy wykazał, że pewne objawy choroby powodują wadliwą regulację procesów eliminacji BAG3.
Analizując dokładniej aktywację BAG3, naukowcy dostrzegli, że wiele białek komórkowych jest aktywowanych przez przyłączanie grup fosforanowych w procesie znanym jako fosforylacja. Jednak w przypadku BAG3 proces ten jest odwrócony. - BAG3 jest fosforylowany w mięśniach w stanie spoczynku, a grupy fosforanowe są usuwane podczas aktywacji – zaznaczył Höhfeld. Po tym odkryciu głównym przedmiotem zainteresowania badaczy stały się fosfatazy - enzymy, które usuwają grupy fosforanowe.
Aby zidentyfikować fosfatazy, które aktywują BAG3, Höhfeld zaangażował do współpracy profesor Maję Köhn z Uniwersytetu we Fryburgu. - Identyfikacja zaangażowanych fosfataz jest kluczowym krokiem, dzięki czemu możemy kontynuować rozwój substancji potencjalnie zdolnych do wpływania na aktywację BAG3 w organizmie – przyznała Köhn.
Badania mogą doprowadzić do opracowania nowych terapii w przypadku osłabienia mięśni, niewydolności serca i chorób nerwowych. Są również przedmiotem zainteresowania agencji kosmicznych. - BAG3 jest aktywowany pod wpływem siły mechanicznej. Ale co się stanie, jeśli stymulacja mechaniczna nie nastąpi? Na przykład u astronautów żyjących w środowisku nieważkości lub unieruchomionych pacjentów intensywnej terapii na respiratorze? - pyta Höhfeld.
W takich przypadkach brak stymulacji mechanicznej szybko prowadzi do zaniku mięśni, którego przyczynę Höhfeld przypisuje przynajmniej częściowo brakowi aktywacji BAG3. Uczony zaznacza też, że leki opracowane w celu aktywacji BAG3 mogą pomóc w takich sytuacjach, dlatego jego zespół przygotowuje eksperymenty, które zostaną przeprowadzone na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS).
Źródło: University of Bonn, fot. Volker Lannert / University of Bonn
