Kluczowa cząsteczka wyjaśnia, dlaczego kości słabną z wiekiem
Pierwsze tego rodzaju badanie ujawnia, że wraz z wiekiem wzrasta poziom pewnej cząsteczki, co powoduje wyciszenie innej cząsteczki tworzącej zdrową kość. Sugeruje również, że skorygowanie tej nierównowagi może poprawić zdrowie kości, prawdopodobnie oferując nowe możliwości leczenia osteoporozy.
Osteoporoza dotyka około 200 milionów kobiet na całym świecie.
Uważa się, że jedna na 3 kobiety i 1 na 5 mężczyzn w wieku 50 lat i starszych doświadcza w życiu złamania kości w wyniku osteoporozy.
Szacunki wskazują, że w Stanach Zjednoczonych 44 miliony osób w wieku powyżej 50 lat żyje z tą chorobą, co czyni ją poważnym problemem zdrowia publicznego.
Nowe badania przybliżają nas do zrozumienia procesu, który prowadzi do degradacji kości w osteoporozie, oraz do potencjalnych nowych sposobów radzenia sobie z tą chorobą.
Odkrycia wyjaśniają kluczową dynamikę molekularną, która odpowiada za postępującą słabość naszych kości w miarę starzenia się.
Dr Sadanand Fulzele, biolog kości, który pracuje na Wydziale Chirurgii Ortopedycznej Uniwersytetu Augusta w Gruzji, jest współpracownikiem i ostatnim autorem nowej pracy, która została opublikowana w Journal of Gerontology: Nauki biologiczne.
Zbliżenie na małego molekularnego winowajcę
Dr Fulzele i współpracownicy wyjaśniają proces tworzenia kości - który rozpoczyna się od mezenchymalnych komórek macierzystych. Są to komórki macierzyste, które można znaleźć w naszym szpiku kostnym i które mogą przekształcić się w chrząstkę, kość lub tłuszcz w szpiku kostnym.
Jednym z czynników, które ostatecznie wpłyną na formowanie się tych komórek, jest cząsteczka sygnalizacyjna zwana czynnikiem pochodzącym z komórek zrębu (SDF-1).
Poprzednie badania tego samego zespołu wykazały, jak ważny jest SDF-1 dla różnicowania mezenchymalnych komórek macierzystych w różne komórki kluczowe dla zdrowia kości.
Przeprowadzone przez naukowców badania in vitro i in vivo wykazały kluczową rolę tej cząsteczki sygnałowej w tworzeniu kości. SDF-1 jest również ważny dla naprawy kości i chroni komórki kostne przed stresem oksydacyjnym, który jest zaburzeniem równowagi między wolnymi rodnikami i przeciwutleniaczami w organizmie, co ostatecznie prowadzi do uszkodzenia DNA i chorób.
Ponadto poprzednie badania wykazały, że poziom SDF-1 spada u starzejących się myszy; tak więc w tym badaniu dr Fulzele i zespół chcieli dokładnie zrozumieć, w jaki sposób regulowane są poziomy tej cząsteczki.
W niektórych swoich wcześniejszych badaniach dr Fulzele wykazał, że mała cząsteczka o nazwie microRNA-141-3p powstrzymuje witaminę C, kluczowy przeciwutleniacz, przed dotarciem do komórek kostnych.
Zespół wiedział już, że cząsteczka może powstrzymać mezenchymalne komórki macierzyste przed różnicowaniem się w inne komórki, a także fakt, że mikroRNA-141-3p zwiększa się wraz z wiekiem. Tak więc dr Fulzele i zespół postawili hipotezę, że mikroRNA-141-3p obniża poziom SDF-1 i że jest to jeden z głównych sposobów, w jaki ta mała cząsteczka hamuje tworzenie zdrowej kości.
Przywrócenie prawidłowej funkcji kości pomimo wieku
Aby to sprawdzić, dr Fulzele i współpracownicy przeanalizowali komórki mezenchymalne pochodzące zarówno od ludzi, jak i od myszy. W młodych komórkach odkryli, że poziom mikroRNA-141-3p był niski. Jednak w starych komórkach poziomy tej cząsteczki wzrosły trzykrotnie. Odwrotnie było w przypadku poziomów SDF-1.
Następnie naukowcy wstrzyknęli mikroRNA-141-3p do mezenchymalnych komórek macierzystych uzyskanych od osób dorosłych w wieku 18–40 lat, a także od seniorów w wieku 60–85 lat, którzy przeszli operację ortopedyczną.
Wstrzyknięcie microRNA-141-3p spowodowało spadek poziomu SDF-1 i spowodował, że komórki macierzyste wytwarzały więcej tłuszczu zamiast komórek kostnych. Naukowcy wyjaśniają, że wraz z wiekiem tworzenie komórek tłuszczowych zamiast komórek kostnych staje się łatwiejsze.
Zespół dodał również mikroRNA-141-3p do komórek kości, co pogorszyło funkcję kości. Jednak zastosowanie inhibitora microRNA-141-3p poprawiło funkcję kości.
Odkrycia, wyjaśnia dr Fulzele, sugerują, że pewnego dnia użycie inhibitora microRNA-141-3p może pomóc komórkom macierzystym w dalszym różnicowaniu się w komórki kostne pomimo wieku i schorzeń, takich jak osteoporoza.
Jak twierdzi dr Fulzele, inhibitor „normalizuje funkcję kości. Uważamy, że [a] inhibitor kliniczny może pomóc nam zrobić to samo u ludzi ”.
„Jeśli masz 20 lat i robisz świetne kości”, dodaje, „nadal będziesz mieć mikroRNA-141-3p w swoich mezenchymalnych komórkach macierzystych. Ale kiedy masz 81 lat i słabszą kość, masz jej dużo więcej ”.
„Chcesz, żeby to było w tym słodkim miejscu” - wyjaśnia współpracujący z nim autor badania, dr William D. Hill, badacz komórek macierzystych z Augusta University. Naukowcy twierdzą, że planują przenieść swoje odkrycia do modeli przedklinicznych, w których chcą znaleźć sposoby przywrócenia zdrowego poziomu mikroRNA-141-3p i SDF-1.
„To, co staramy się zrobić, to zredukować go z powrotem w miejscu, w którym [microRNA-141-3p] jest nadekspresjonowany z powodu czynników takich jak starzenie się i stres oksydacyjny oraz tłumienie estrogenu, i sprowadzić go z powrotem do zakresu, który skutecznie pozwoliłby na bardziej normalne tworzenie kości ”.
Dr William D. Hill
„Zidentyfikowaliśmy wiele mikroRNA, które zmieniają się w komórkach macierzystych szpiku kostnego wraz ze starzeniem i badamy każdy z nich, aby zrozumieć, jak one działają” - dodaje dr Hill.
„Zaczynamy przyjmować bardziej podejście oparte na systemach biologicznych, [dzięki czemu] nie tylko zmieniamy jedną cząsteczkę docelową, ale przyglądamy się, jak ta sieć cząsteczek zmienia się wraz z wiekiem lub chorobą i jak możemy dotrzeć do i […] zresetować te różne ścieżki ”.
