При миопатии Дюшенна нарушается поглощение митоходриями ионов кальция

Ученые из Марийского государственного университета, Института теоретической и экспериментальной биофизики и Института биофизики клетки показали на мышах, что при мышечной дистрофии Дюшенна происходят структурные перестройки энергетических станций клетки — митохондрий. В результате нарушается транспортировка ионов кальция, которые участвуют в регуляции мышечного сокращения. Этот механизм, вероятно, способствует развитию болезни, но он же может послужить мишенью для ее терапии. Работа выполнена в рамках Президентской программы исследовательских проектов Российского научного фонда. Статья с итогами работы опубликована в журнале Biochimica et Biophysica Acta — Molecular Basis of Disease, кратко о них рассказывается в пресс-релизе РНФ.

Миопатия (или миодистрофия) Дюшенна — тяжелое генетическое заболевание, которым болеют, в основном, мальчики: примерно один из пяти тысяч. В Москве ежегодно рождается примерно 10 детей с таким нарушением, а в России — около 100. Болезнь дает о себе знать еще в раннем детстве и постепенно прогрессирует. Это проявляется в снижении плотности костей, ограничении подвижности суставов. У страдающих этим заболеванием плохая осанка, увеличенные икры, нарастающая слабость, нарушение сердечного ритма, они чаще остальных ломают руки и ноги. Уже в подростковом возрасте человек теряет способность к самостоятельному передвижению, а после возникает сердечная и дыхательная недостаточность. Большинство пациентов умирают в 15–25 лет.

Причина заболевания кроется в мутации гена белка дистрофина. Он отвечает за связь мышечных волокон с внеклеточным матриксом, окружающим клетки. Из-за нарушения в структуре соответствующего гена патологически изменяется структура и функции белка. Развитие болезни Дюшенна также тесно связано с нарушением работы митохондрий — энергетических станций клетки.

 «Отечественными учеными регулярно проводятся исследования, направленные на клиническую оценку митохондриальных изменений при миодистрофиях. Удалось выявить устойчивые пути патоморфологических изменений, в том числе связанных с митохондриями. Известно, что эти органеллы не только обеспечивают клетку энергией, но и регулируют содержание кальция и, следовательно, работу основных двигательных белков мышцы», — рассказывает Михаил Дубинин, кандидат биологических наук, доцент кафедры биохимии, клеточной биологии и микробиологии Марийского государственного университета (Йошкар-Ола).

Ученые исследовали состояние структур митохондрий, связанных с транспортом кальция в митохондриях скелетных мышц. Для этого использовали мышей с точечной мутацией в гене дистрофина, а также здоровых животных в качестве контроля. Сначала проводили тест на струне: мышь висит на жесткой проволоке, держась за нее передними лапами, ее задача — провисеть 30 секунд. В зависимости от результата прохождения теста ученые делали вывод о ее физической силе и выносливости. Для изучения структуры митохондрий готовили препараты мышечной ткани бедра и фиксировали их в специальном растворе. Затем образцы обезвоживали концентрированными спиртами и помещали в капсулу со смолой. Ультратонкие срезы мышечной ткани наблюдали под электронным микроскопом. На следующем этапе исследовали, как митохондрии поглощают, высвобождают и удерживают ионы кальция. Оказалось, что при развитии мышечной дистрофии Дюшенна в этих органеллах меняются структура и роль систем, ответственных за транспорт ионов кальция. С одной стороны, снижается эффективность накопления кальция, с другой — митохондрии намного хуже удерживают ионы.

В экспериментах исследователи оценивали скорость притока кальция в митохондрии по времени поглощения ионов органеллами. Оказалось, что у животного с мутацией эта скорость снижена более чем в два раза по сравнению со здоровыми. Кроме того, митохондрии больных мышей способны поглощать гораздо меньше кальция, чем здоровые животные. Это чревато нарушением проницаемости мембраны митохондрии, из-за чего может начаться высвобождение веществ, запускающих программу клеточной гибели.

«Мы обнаружили перестройки в кальций-транспортирующих системах митохондрий. Из-за них ион плохо аккумулируется в этих органеллах. Это, в свою очередь, способствует значительному увеличению уровня свободного внутриклеточного кальция в мышечной ткани и драматически ускоряет развитие болезни, — говорит Михаил Дубинин. — Также мы полагаем, что, воздействуя на кальций-транспортирующие системы митохондрий, возможно корректировать протекание этого нервно-мышечного заболевания. Такой метод позволит разработать новые подходы к терапии болезни Дюшенна».