Lipo rūgšties trisulfidas stiprina HGF ir raumenų atstatymą

Pavargęs užpakalinis šlaunies raumuo, nepastebėtas žingsnis, vyresnis žmogus, atsidūręs ant ribos dėl laiptų. O kas, jei kūno savą taisymo mechanizmą būtų galima sustiprinti, o ne pakeisti?

Sieros pagrindu veikiantis junginys gali padėti senstantiems raumenims išlikti stipresniems, suaktyvindamas svarbų taisymo signalą.

Kai taisymo signalas prislopsta

Griaučių raumenys silpnėja su amžiumi tiek matomais aspektais, tiek tais, kurių nematome. Raumenų skaidulos plonėja, atsiranda randų audinys, o riebalai infiltruojasi į anksčiau sprogstamos galios generavusią audinį. Klinikinėje praktikoje tai pasireiškia lėtesniu kopimu laiptais, standesniu judėjimu ir didesne kritimų rizika. Molekuliniame lygmenyje dalis problemos nėra praradimas. Tai pažeidimas.

Kyushu universiteto mokslininkai, kuriems vadovauja profesorius Ryuichi Tatsumi, sutelkė dėmesį į svarbų molekulinį tarpininką, vadinamą hepatocitų augimo faktoriumi arba HGF. Raumenyse HGF saugomas ekstraląstelinėje matricėje ir veikia kaip avarinis signalas, pažadinantis satelitines ląsteles, audinio vietines kamienines ląsteles. Šios satelitinės ląstelės dauginasi ir sulipdamos su skaidulomis atlieka raumens remontą arba jo augimą. Tačiau su amžiumi HGF dažnai nebeatlieka savo funkcijos.

HGF yra pagrindinis raumenų kamieninių ląstelių aktyvatorius, paprastai esantis ekstraląstelinėje matricoje, tačiau su amžiumi jis praranda funkciją dėl nitracijos. Tyrėjai rodo, kad sąveika su lipoinės rūgšties trisulfidu (LASSS) gali paversti HGF į „Super HGF“, formą, kuri turi didesnį receptorių rišimosi polinkį ir atsparumą nitracijos sukeltai disfunkcijai. Disulfidiniai ryšiai gali būti potencialūs LASSS perstatymo į trisulfidus taikiniai.

Kaip cheminis pokytis gali nutildyti signalą

Komanda jau buvo pastebėjusi precizišką cheminį modifikavimą, kuris silpnina HGF funkciją. Reaktyvios azoto rūšys gali pridėti nitro grupes prie tirozino liekanų proteine, procesas vadinamas nitracija. Kai dvi specifinės tirozino liekanos, Y198 ir Y250, gauna nitro grupes, jos iškreipia HGF dalį, kuri turi kontaktuoti su c-met receptoriu satelitinėse ląstelėse. Proteinas išlieka audinyje, bet nebeveikia kaip kvietimas satelitinėms ląstelėms imtis veiksmų.

Tai paaiškina vieną mįslingą senstančių raumenų detalę: dalis remonto mechanizmų fiziškai vis dar egzistuoja, tačiau klinikinė jų veikla prislopsta. Greito susitraukimo skaidulos, būtinos staigiems jėgos sprogimams, pavyzdžiui palaikyti pusiausvyrą, ypač pažeidžiamos. Jei HGF yra cheminiu būdu deaktivizuotas, kaskada, kuri apriboja fibrozę ir riebalų kaupimąsi, taip pat gali užstrigti, pagreitinant daugiafaktorį raumenų silpnėjimą.

Trisulfidų testas

Tatsumi ir kolegos uždavė paprastą klausimą su pažangia chemija: ar sieros turintis antioksidantas gali apsaugoti HGF arba net atkurti jo funkciją? Jie palygino du trisulfidinius junginius: glutathiono trisulfidą (GSSSG) ir lipoinės rūgšties trisulfidą (LASSS). Trisulfidai turi tris sieros atomus iš eilės ir pasižymi neįprasta redokso elgsena, kuri sudomino farmacologijos tyrėjus.

In vitro eksperimentai davė dalinę pergalę. Abu junginiai sumažino nitraciją Y198 ir Y250, kai buvo taikomi HGF, tačiau esant žemoms koncentracijoms nė vienas visiškai neatstatė receptorių rišimosi normos. Tada komanda pakeitė stoichiometriją, padidindama HGF ir trisulfido molinį santykį nuo 1:4000 iki 1:8000. Rezultatas buvo netikėtas ir įspūdingas.

Esant didesnei dozei, LASSS padarė daugiau nei tik apsaugojo HGF. Apdorotas HGF rišosi prie c-met daugiau nei dukart didesniu afinitetu nei neapdorotas HGF. Jis taip pat atspariau išlaikė funkcijos praradimą, kurį sukėlė nitracija, ypač Y198. GSSSG nesuteikė tokio pat pagausėjimo. Todėl tyrėjai siūlo, kad LASSS tiesiogiai sąveikauja su HGF ir sukelia subtilų struktūrinį pakeitimą, efektyviai sukurdama sustiprintą formą, kurią autoriai vadina „Super HGF“.

Įrodymai iš gyvūnų modelio

Cheminės analizės ant stalelio yra vertingos, bet fiziologija yra galutinis tikrinimas. Kyushu komanda panaudojo pelių uodegos pakabinimo modelį, imituojantį neveiklumą ir atrofiją, dažną greito raumenų nuostolio priežastį gulint lovoje arba imobilizuojant. Pelės, prieš gydymą gavusios LASSS, parodė žymiai mažesnę HGF nitraciją nei kontrolės grupė. Apsauginis efektas sutapo su pagerėjusiu biocheminiu signalizavimu, nors tyrimas neperžengė priešklininių ribų iki žmonių tyrimų.

Skirtumas tarp LASSS ir GSSSG yra svarbus. Abu yra antioksidantai, bet tik LASSS suteikė receptorių rišimosi pagerėjimą. Tai nurodo, kad mechanizmas nėra paprastas reaktyviųjų rūšių šalinimas. Vietoje to, LASSS gali tiesiogiai modifikuoti arba stabilizuoti HGF vietinę struktūrą, galbūt per sieros tarpininkaujamą disulfidinių ryšių pertvarkymą į trisulfidus. Tokie molekuliniai persitvarkymai pakeistų, kaip baltymas sąveikauja su c-met, nesunaikindami jo biologinės veiklos.

Galimos pasekmės ir realūs ribojimai

Pagalvokite apie dvi terapines strategijas: pakeisti trūkstamą dalį arba ištaisyti dar egzistuojančią, bet sulūžusią dalį. Šis darbas nurodo pastarąjį požiūrį. Endogeninio HGF apsauga arba sustiprinimas galėtų atkurti raumens įgimtą gebėjimą pasikviesti satelites ląsteles, sumažinti fibrozę ir apriboti riebalų infiltravimą. Idėja patraukli, nes panašios HGF sekos egzistuoja tarp žinduolių, tad mechanizmas teoriškai galėtų galioti žmonėms ir naminiams gyvūnams.

Tačiau būtina atsargiai vertinti rezultatus. Tai priešklinikiniai duomenys. Eksperimenai kombinuoja grynintus baltymus ir pelės neveiklumo modelį. Svarbūs klausimai lieka dėl dozavimo, paskirstymo, saugos ir netikėtų poveikių. Trisulfidai turi reaktyvią chemiją; sisteminė administracija gali turėti nepageidaujamų pasekmių. Vertimų darbo eiga turės nustatyti terapinius langus ir ar lokalizuotas pristatymas į griaučių raumenis yra praktiškas.

Eksperto įžvalga

Dr. Maya Bennett, raumenų fiziologė viename Europos biomedicinos institute, komentavo tyrimo potencialą. "Tai sumanus posūkis. Vietoje bandymų persotinti audinį augimo faktoriais, komanda klausia, ar galime atkurti tai, ką audinys jau turi. Jei LASSS iš tiesų stabilizuoja HGF struktūrą ir padidina receptorių afinitetą, tai gali pakeisti požiūrį į neveiklumo ir amžiaus sukeltos sarkopenijos terapijas. Kiti žingsniai turi kruopščiai ištirti saugą ir mechanizmą didesniuose priešklininiuose modeliuose."

Jos pastaba pabrėžia praktišką kelią į priekį: subtili biochemija, po jos sekančios griežtos, etapinės gyvūnų studijos, o vėliau kontroliuojami ankstyvosios fazės žmogaus tyrimai.

Išvada

Kyushu universiteto eksperimentai identifikuoja daug žadantį cheminį sąveikos mechanizmą, kuris gali paversti pažeidžiamą HGF į tvirtesnę signalinę formą. Lipoinės rūgšties trisulfidas, esant pakankamai koncentracijai, sumažino nitraciją ir padidino c-met rišimą, sukeldamas biocheminį efektą, kurį autoriai apibūdina kaip HGF transformaciją į "Super HGF". Šie rezultatai atveria naują kelią gydant raumenų silpimą, taisant ir stiprinant esamus taisymo signalus vietoje jų pakeitimo. Perėjimas nuo pelių uodegų ir mėgintuvėlių prie žmogaus terapijų užtruks, tačiau koncepcija pakeičia požiūrį į raumenų jėgos išsaugojimą senstant arba po ilgo neveiklumo.