Ключевая молекула объясняет, почему кости слабеют с возрастом
Первое в своем роде исследование показывает, что с возрастом уровень определенной молекулы увеличивается, что заставляет замолчать другую молекулу, которая создает здоровую кость. Это также предполагает, что исправление этого дисбаланса может улучшить здоровье костей, возможно, предлагая новые возможности для лечения остеопороза.
Остеопороз поражает около 200 миллионов женщин во всем мире.
Считается, что каждая третья женщина и каждый пятый мужчина в возрасте 50 лет и старше в течение своей жизни испытывали перелом костей в результате остеопороза.
В Соединенных Штатах, по оценкам, 44 миллиона человек старше 50 живут с этим заболеванием, что делает его серьезной проблемой для общественного здравоохранения.
Новое исследование приближает нас к пониманию процесса, который приводит к деградации костей при остеопорозе, и к потенциальным новым способам лечения этого состояния.
Полученные данные объясняют ключевую молекулярную динамику, которая объясняет прогрессирующую хрупкость наших костей с возрастом.
Доктор Садананд Фулзеле, костный биолог, работающий в отделении ортопедической хирургии Университета Огаста в Джорджии, является соавтором-корреспондентом и последним автором новой статьи, опубликованной в Журнал геронтологии: биологические науки.
Приближение к мелкомолекулярному виновнику
Доктор Фулзеле и его коллеги объясняют процесс образования кости, который начинается с мезенхимальных стволовых клеток. Это стволовые клетки, которые можно найти в нашем костном мозге и которые могут формироваться в костном мозге в виде хрящей, костей или жира.
Одним из факторов, влияющих на формирование этих клеток, в конечном итоге является сигнальная молекула, называемая фактором, производным от стромальных клеток (SDF-1).
Предыдущее исследование той же команды показало, насколько важен SDF-1 для дифференциации мезенхимальных стволовых клеток в различные клетки, имеющие решающее значение для здоровья костей.
Исследования как in vitro, так и in vivo, проведенные учеными, показали ключевую роль этой сигнальной молекулы в формировании костей. SDF-1 также важен для восстановления костей и защищает костные клетки от окислительного стресса, который представляет собой дисбаланс между свободными радикалами и антиоксидантами в организме, который в конечном итоге приводит к повреждению ДНК и болезням.
Кроме того, предыдущие исследования показали, что уровни SDF-1 снижаются у стареющих мышей; Итак, в этом исследовании доктор Фулзеле и его команда хотели понять, как именно регулируются уровни этой молекулы.
В одном из своих предыдущих исследований доктор Фулзеле показал, что небольшая молекула под названием микроРНК-141-3p не позволяет витамину С, ключевому антиоксиданту, достигать наших костных клеток.
Команда уже знала, что эта молекула может препятствовать дифференцировке мезенхимальных стволовых клеток в другие клетки, а также тот факт, что количество микроРНК-141-3p увеличивается с возрастом. Итак, д-р Фулзеле и его команда предположили, что микроРНК-141-3p снижает SDF-1, и что это один из основных способов, с помощью которых эта небольшая молекула останавливает формирование здоровой кости.
Восстановление нормальной функции костей независимо от возраста
Чтобы проверить это, доктор Фулзеле и его коллеги проанализировали мезенхимальные клетки как людей, так и мышей. В молодых клетках они обнаружили низкий уровень микроРНК-141-3p. Однако в старых клетках уровень этой молекулы увеличился в три раза. Обратное было верно для уровней SDF-1.
Затем исследователи вводили микроРНК-141-3p в мезенхимальные стволовые клетки, полученные от взрослых в возрасте 18–40 лет, а также от пожилых людей в возрасте 60–85 лет, перенесших ортопедические операции.
Введение микроРНК-141-3p приводило к резкому падению уровней SDF-1 и заставляло стволовые клетки производить больше жира вместо костных клеток. Исследователи объясняют, что с возрастом создание жировых клеток, а не костных, становится проще.
Кроме того, команда добавила микроРНК-141-3p к костным клеткам, что ухудшило функцию костей. Однако применение ингибитора микроРНК-141-3p улучшило функцию костей.
Полученные данные, объясняет доктор Фулзеле, предполагают, что однажды использование ингибитора микроРНК-141-3p может помочь стволовым клеткам продолжать дифференцироваться в костные клетки, несмотря на возраст и такие состояния, как остеопороз.
Ингибитор, по словам доктора Фулзеле, «нормализует функцию костей. Мы думаем, что ингибитор клинического уровня может помочь нам сделать то же самое с людьми ».
«Если вам 20 лет и вы строите отличную кость, - добавляет он, - в ваших мезенхимальных стволовых клетках все еще будет микроРНК-141-3p. Но когда тебе 81 год, и ты становишься слабее, их становится намного больше ».
«Вы хотите, чтобы это было в этом сладком пятне», - объясняет автор исследования доктор Уильям Д. Хилл, исследователь стволовых клеток из Университета Огасты. Исследователи говорят, что они планируют перенести свои выводы в доклинические модели, где они хотят найти способы восстановления здоровых уровней микроРНК-141-3p и SDF-1.
«То, что мы пытаемся сделать, - это снизить уровень экспрессии [microRNA-141-3p] из-за таких факторов, как старение, окислительный стресс и подавление эстрогена, и вернуть его в диапазон, который позволил бы добиться более нормальной формирование костей ».
Д-р Уильям Д. Хилл
«Мы определили ряд микроРНК, которые изменяются в стволовых клетках костного мозга с возрастом, и мы исследуем каждую из них, чтобы понять, как они работают», - добавляет доктор Хилл.
«Мы начинаем больше использовать подход биологических систем, [при котором мы] не просто меняем одну целевую молекулу, но смотрим, как эта сеть молекул изменяется с возрастом или болезнью, и как мы можем достичь и […] перезагрузить эти разные пути ».
