Δύο μελέτες αποκαλύπτουν πώς οι μύες αναπτύσσονται και επιδιορθώνονται

Δύο ανεξάρτητες επιστημονικές ομάδες ανακοίνωσαν ευρήματα που αλλάζουν τον τρόπο με τον οποίο κατανοούμε πώς οι μύες χτίζονται, διατηρούν τη λειτουργία τους και επιδιορθώνονται μετά από τραυματισμό. Η πρώτη μελέτη, που δημοσιεύτηκε στο Nature Communications από βιοφυσικούς του Πανεπιστημίου Emory, ανατρέπει ένα μοντέλο άνω των τεσσάρων δεκαετιών για τον σχηματισμό των μυϊκών ινών. Η δεύτερη, από ερευνητές της Ιατρικής Σχολής Perelman του Πανεπιστημίου της Πενσιλβάνια στο Science Advances, αποκαλύπτει έναν απρόσμενο ρόλο μιας πρωτεΐνης-“φύλακα” των χρωμοσωμάτων. Και οι δύο υπόσχονται νέα δεδομένα για ασθένειες όπως η διατατική μυοκαρδιοπάθεια και η μυϊκή δυστροφία.

Και οι δύο εργασίες αγγίζουν το ίδιο θεμελιώδες ερώτημα: πώς ένας ιστός που πρέπει να παραμένει σταθερός καταφέρνει ταυτόχρονα να ανανεώνεται συνεχώς.

Η ακτίνη και το αίνιγμα των μυϊκών ινών που δεν αλλάζουν μήκος

Στο επίκεντρο της πρώτης μελέτης βρίσκεται η ακτίνη, μία από τις πιο άφθονες και πολυλειτουργικές πρωτεΐνες του οργανισμού. Η ακτίνη συγκροτεί ίνες που αποτελούν τμήμα του κυτταρικού σκελετού, δίνοντας σχήμα στα κύτταρα και επιτρέποντας την κίνηση, τη διαίρεση, ακόμη και την ικανότητα ενός ανοσοκυττάρου να «καταπίνει» βακτήρια.

Στα μυϊκά κύτταρα, όμως, η ακτίνη μαζί με την πρωτεΐνη μυοσίνη σχηματίζει ευθύγραμμες, εξαιρετικά σταθερές δομές, τα σαρκομέρια — τις μικρότερες οργανωμένες μονάδες του μυός. «Το πόσο καλά συστέλλονται οι μύες σας ελέγχεται από το μήκος αυτών των ινών ακτίνης», εξηγεί ο Shashank Shekhar, επίκουρος καθηγητής Φυσικής στο Emory και επικεφαλής της μελέτης. «Από τη γέννηση μέχρι τον θάνατο, το μήκος τους παραμένει το ίδιο. Ελέγχεται πολύ αυστηρά.»

Το παράδοξο είναι ότι, ενώ το μήκος μένει σταθερό, οι ίνες γερνούν, φθείρονται και πρέπει να ανανεώνονται. «Οι ίνες ακτίνης στα σαρκομέρια με τα οποία γεννηθήκατε δεν είναι οι ίδιες με αυτές που έχετε σήμερα», σημειώνει ο Shekhar. «Κανείς δεν ήξερε πώς συνεχίζουν να συναρμολογούνται και να αναδιαμορφώνονται.»

Ένα βακτήριο χολέρας έδωσε το κλειδί

Κάθε ίνα ακτίνης έχει δύο άκρα. Σύμφωνα με το επικρατούν μοντέλο, στο ένα άκρο η ίνα αποδομείται ενώ στο άλλο προστίθενται νέες μονάδες — μια διαδικασία γνωστή ως «treadmilling». Στους μύες όμως το ενεργό άκρο είναι «σφραγισμένο» από μια πρωτεΐνη που εμποδίζει την προσθήκη νέων μορίων, αφήνοντας ανοιχτό το ερώτημα του πώς ανανεώνονται οι ίνες.

Η απάντηση προέκυψε από προηγούμενη έρευνα σε μια τοξίνη του βακτηρίου Vibrio cholerae, που προκαλεί τη χολέρα και μπορεί να αντιστρέψει το treadmilling ώστε η ανάπτυξη να γίνεται στο «λάθος» άκρο. Ο Shekhar και η υποψήφια διδάκτωρ Sudipta Biswas, πρώτη συγγραφέας της εργασίας, διερεύνησαν αν κάτι παρόμοιο συμβαίνει φυσιολογικά στους μύες, εστιάζοντας στη λειομοντίνη 2, μια πρωτεΐνη που εντοπίζεται κοντά στα άκρα των ινών στα καρδιακά μυϊκά κύτταρα και διαθέτει περιοχές παρόμοιες με εκείνη την τοξίνη.

Χρησιμοποιώντας την εξειδικευμένη τεχνική μικροσκοπίας μεμονωμένων μορίων mf-TIRF — που εφαρμόζουν ελάχιστα εργαστήρια παγκοσμίως — η Biswas παρατήρησε τις ίνες να συναρμολογώνται μόριο προς μόριο. «Η δουλειά μας αμφισβητεί ένα μακρόχρονο δόγμα, αποκαλύπτοντας έναν νέο μηχανισμό, που θεωρούνταν αδύνατος, με τον οποίο η λειομοντίνη χτίζει ίνες ακτίνης στους μύες», αναφέρει ο Shekhar. Καθώς μια γενετική μετάλλαξη στη λειομοντίνη συνδέεται με τη διατατική μυοκαρδιοπάθεια, τα ευρήματα προσφέρουν μοριακή εξήγηση για το πώς οι βλάβες διαταράσσουν τον συσταλτικό μηχανισμό της καρδιάς.

Η TRF2 φυλάει την «ταυτότητα» των βλαστικών κυττάρων του μυός

Η δεύτερη μελέτη στρέφει την προσοχή στην επιδιόρθωση. Η πρωτεΐνη TRF2 ήταν γνωστή κυρίως για την προστασία των άκρων των χρωμοσωμάτων, των τελομερών. Η ομάδα της Foteini Mourkioti, αναπληρώτριας καθηγήτριας Ορθοπαιδικής Χειρουργικής στο Penn Medicine, διαπίστωσε ότι ο ρόλος της εκτείνεται πολύ πέρα από αυτό.

Όταν ένας μυς τραυματίζεται, τα βλαστικά μυϊκά κύτταρα «ξυπνούν» από την κατάσταση ηρεμίας, πολλαπλασιάζονται, επιδιορθώνουν τον ιστό και επιστρέφουν σε αδράνεια. Οι ερευνητές είδαν ότι τα επίπεδα της TRF2 ανεβοκατεβαίνουν με ακρίβεια σε αυτές τις μεταβάσεις, γεγονός που δείχνει ότι συντονίζει τη διαδικασία αναγέννησης.

Όταν αφαίρεσαν την TRF2 από βλαστικά μυϊκά κύτταρα ποντικιών, τα κύτταρα δεν πέθαναν — όπως θα ανέμεναν με βάση τη δράση της σε άλλους ιστούς — αλλά έχασαν τη μοριακή τους ταυτότητα. Οι τραυματισμένοι μύες απέτυχαν να αναγεννηθούν σωστά, συσσωρεύοντας ουλώδη ιστό και λίπος. «Αυτό αλλάζει εντελώς τον τρόπο που σκεφτόμαστε τον ρόλο της TRF2 σε αυτά τα κύτταρα», λέει η Mourkioti.

Γιατί οι μύες αναγεννώνται αλλά σπάνια εμφανίζουν καρκίνο

Σε μοντέλο μυϊκής δυστροφίας Duchenne, η αφαίρεση της TRF2 επιτάχυνε δραματικά την εξέλιξη της νόσου. Η ομάδα ανακάλυψε ότι η πρωτεΐνη προσδένεται σε ρυθμιστικές περιοχές του γονιδιώματος που ελέγχουν γονίδια-κλειδιά, πολλές από τις οποίες περιέχουν δευτερογενείς δομές DNA γνωστές ως G-quadruplexes — στόχους που ερευνώνται στην ογκολογία.

Το εύρημα αγγίζει ένα παλαιό ερώτημα: γιατί ο σκελετικός μυς είναι από τους πιο αναγεννητικούς ιστούς του σώματος, ενώ οι καρκίνοι που ξεκινούν από μυ είναι σπάνιοι. Κατανοώντας πώς ο μυς αξιοποιεί την TRF2 διαφορετικά από άλλους ιστούς, οι επιστήμονες ελπίζουν να βρουν τρόπους ενίσχυσης της αναγέννησης χωρίς αύξηση του κινδύνου καρκίνου.

Πρόκειται για βασική έρευνα σε πειραματικά μοντέλα και σε εργαστηριακά συστήματα· τα ευρήματα δεν αποτελούν έτοιμη θεραπεία. Ωστόσο, και για τους Έλληνες ασθενείς με καρδιακή ανεπάρκεια ή μυϊκή δυστροφία, τέτοιες μοριακές γνώσεις είναι το πρώτο βήμα προς στοχευμένες θεραπείες που σήμερα δεν υπάρχουν. Οι ομάδες διερευνούν ήδη κατά πόσο οι μηχανισμοί αυτοί μπορούν να μεταφραστούν σε νέες θεραπευτικές στρατηγικές.

Ποια πιστεύετε ότι θα ήταν η πιο σημαντική εφαρμογή αυτών των ευρημάτων — στην καρδιά ή στη μυϊκή αναγέννηση; Μοιραστείτε τη γνώμη σας στα σχόλια.