В Барселоне создали механизм для лечения повреждений сердца

Исследователи из Центра геномной регуляции (CRG) в Барселоне обнаружили механизм с участием рибосом, который помогает сердцу переключаться между «режимом регулярного обслуживания» для повседневной работы и «режимом повышения энергии», который помогает восстанавливаться после высоких нагрузок, включая сердечные приступы. 

Рибосомы — это молекулярные фабрики, производящие белки во всех живых клетках. Исторически они воспринимались как простые, но жизненно важные рабочие лошадки, неспособные регулировать функцию клетки. Однако появляется все больше свидетельств того, что эти фундаментальные единицы, которые бывают разных форм, выполняют специализированные задачи, которые еще предстоит открыть.

Используя различные экспериментальные методы и технологии секвенирования последнего поколения, исследователи обнаружили, что кардиомиоциты, клетки, ответственные за сокращение сердца, и клетки скелетных мышц, которые связаны с костями и имеют решающее значение для силы и движения.

Долгое время мы думали, что рибосомы одинаковы в каждой отдельной клетке человеческого тела. Это делает их нецелесообразными мишенями для лекарств, поскольку вы можете лечить одну часть тела, повреждая многие другие. Существование специализированных рибосом и их специфичность к сердца и мышечных клеток является поворотным моментом, потому что это означает, что можно разрабатывать лекарства, нацеленные на определенные рибосомы для лечения сердечно-сосудистых заболеваний,

бъясняет доктор Ева Новоа, автор исследования и научный сотрудник Центра геномной регуляции.

Рибосомы большинства клеток человека содержат рибосомный белок L3 (RPL3), рибосомы кардиомиоцитов и клеток скелетных мышц содержат рибосомный белок L3-подобный (RPL3L). Решающее различие между белками, которые имеют 77% общей аминокислотной последовательности, заключается в их хвосте.

Исследование показывает, что клетки будут использовать исключительно тот или иной белок. Какой бы белок в конечном итоге не использовался, соответствующий хвост торчит на поверхности рибосомы, изменяя ее форму и поверхность, что, в свою очередь, влияет на то, как он связывается с другими белками и рецепторами. Исследователи обнаружили, что рибосомы кардиомиоцитов и скелетных мышц не показали преимуществ с точки зрения синтеза белка по сравнению с другими рибосомами. Однако исследователи были удивлены, обнаружив, что удаление гена RPL3L у мышей показало, что и кардиомиоциты, и клетки скелетных мышц вместо этого создают рибосомы с RPL3. Напротив, удаление RPL3 был смертельным.

Исследователи обнаружили, что этот новооткрытый компенсационный механизм также естественным образом возникает в ответ на сердечный приступ или инфаркт миокарда, при этом кардиомиоциты заменяют весь свой существующий запас рибосом, содержащих RPL3L, рибосомами, содержащими RPL3. Другая форма новых рибосом позволяет им вступать в физический контакт с митохондриями, батареями клеток, и значительно увеличивает производство АТФ для получения энергии. Эффект был обнаружен в течение шести часов после инфаркта и достиг максимума через 72 часа.

Этот механизм замещения рибосом также происходит во время гипертрофии сердца, реакции сердца на повышенную нагрузку, которая может быть как физиологической, например, после физической нагрузки, так и патологической, вызванной болезнью. RPL3-содержащие рибосомы в кардиомиоцитах достигают пика через 96 часов в ответ на гипертрофию сердца.

Исследование дает некоторые подсказки, почему сердце и мышцы используют RPL3L в первую очередь для рибосом. Исследователи обнаружили, что RPL3L присутствует только в рибосомах кардиомиоцитов взрослого человека, в то время как ткани плода используют исключительно RPL3. В то же время мыши без RPL3L имели более низкую мышечную массу в возрасте 55 недель по сравнению с мышами с RPL3L.

Когда мы рождаемся, нашему сердцу требуется много энергии для роста. В этот момент кардиомиоциты экспрессируют только RPL3, переключаясь на RPL3L только после того, как сердце полностью созреет. Мы точно не знаем, почему, но клетки могут производить переключиться на точную настройку митохондриальной активности в состоянии покоя и, возможно, снизить уровень свободных радикалов, опасных побочных продуктов митохондриального метаболизма. находится в режиме обслуживания,

объясняет первый автор исследования, кандидат наук Иван Миленкович.

Открытие этого механизма может быть использовано для улучшения здоровья и функции сердца, а также делает рибосомы новым рубежом для терапевтических стратегий, предотвращающих или излечивающих повреждения сердца. В настоящее время исследователи более подробно изучают молекулярные механизмы, чтобы различать патологическую и физиологическую гипертрофию сердца, включая эксперименты с упражнениями на мышах, чтобы оценить, как присутствие или отсутствие RPL3L в кардиомиоцитах влияет на физическую работоспособность.