Обнаружена молекула, управляющая привыканием мышц к упражнениям
Учёные из Гарвардского университета в США и Университета Сан-Паулу в Бразилии обнаружили новые свойства одного из клеточных медиаторов, участвующих в митохондриальном дыхании — он заставляет мышцы привыкать к нагрузкам, тем самым вызывая увеличение силы и выносливости.
Обнаруженное исследователями вещество — производное янтарной кислоты, или сукцинат. Ранее оно было известно медицине только своим участием в митохондриальном дыхании. По словам профессора Института биомедицинских наук Университета Сан-паулу Хулио Сезара Батисты Феррейры, этот сукцинат покидает мышечные клетки во время упражнений и подаёт сигналы соседним клеткам, что вызывает процесс ремоделирования мышечной ткани. В результате этого возбуждаются двигательные нейроны, мышечные волокна становятся более однородными, а клетки потребляют больше сахара для производства «клеточного топлива» — аденозинтрифосфата (АТФ).
Результаты исследования основаны на большом количестве экспериментов с участием животных и людей. Учёные анализировали наличие в межклеточном пространстве мышц и самих клетках метаболитов до и после упражнений. Обнаружилось, что после интенсивных тренировок количество сукцината резко возрастает, в том числе и в венозной крови, которая выносится сосудами из мышц.
Учёные предположили, что именно тренировки спровоцировали выделение сукцината, однако не были уверены в том, как и почему это происходит. Внутри клетки вещество участвует в цикле Кребса — серии химических реакций в митохондриях, приводящих к образованию АТФ. Дело в том, что в обычных условиях он не может пройти сквозь клеточную мембрану и покинуть клетку. Поэтому было непонятно, каким образом повышается его концентрация в межклеточной среде.
Ключом к разгадке стало то, что при нагрузках в мышцах выделяется ионизированная форма лактата (молочной кислоты). Об этом было известно и ранее — лактат получается в результате распада глюкозы, в результате чего образуется АТФ. Эта реакция примечательна тем, что при производстве молочной кислоты не требует присутствия кислорода, поэтому такой процесс называют «анаэробным метаболизмом». Кроме того, зависимое от лактата производство АТФ очень незначительно, но имеет большую скорость. Всё это делает использование лактата предпочтительным в случае высоких мышечных нагрузок.
Однако исследователи обратили внимание на другую особенность: при увеличении концентрации лактата в клетке повышается кислотность. Это меняет химическую структуру сукцината таким образом, что он может проникнуть сквозь мембрану и покинуть клетку. Учёные подтвердили механизм выхода молекулы из клетки с помощью эксперимента: они подвергли культивированные мышечные клетки кислородному голоданию, чтобы активировать анаэробные механизмы синтеза АТФ и спровоцировать образование лактата. Результат опыта показал, что этого достаточно, чтобы сукцинат смог покинуть клетку и выйти в межклеточное пространство.
Исследователи предположили, что по выходе из клетки сукцинат связывается с сукцинатным рецептором SUCNR1 и тем самым возбуждает двигательные нейроны, который в свою очередь провоцируют рост силы и выносливости. Чтобы это подтвердить, учёные использовали мышей, которые были генетически модифицированы таким образом, чтобы у них сукцинат не связывался с рецепторами. Мыши бегали по колесу в течение трёх недель — обычно этого достаточно, чтобы увидеть морфологические и функциональные изменения в мышцах. Однако этого не произошло, а упражнения не вызывали возбуждения двигательных нейронов. Кроме того, не увеличилось и клеточное поглощение глюкозы.
По словам Феррейры, их исследование указывает на то, что сукцинат действительно играет существенную роль в передаче сигналов от клетки к клетке. Его выделение предупреждает соседние клетки о том, что они должны изменить свои внутренние процессы, чтобы приспособиться к новой норме. Таким образом, сукцинат отвечает за привыкание мышц к увеличению нагрузок. «Следующий шаг — выяснить, нарушен ли этот механизм при нейродегенеративных и других заболеваниях, которые характеризуются изменениями в мышечном метаболизме», — говорит учёный.
