Kľúčová molekula vysvetľuje, prečo kosti vekom slabnú
Prvá štúdia svojho druhu odhaľuje, že s pribúdajúcim vekom sa hladiny určitej molekuly zvyšujú, čo umlčí ďalšiu molekulu, ktorá vytvára zdravé kosti. Navrhuje tiež, že náprava tejto nerovnováhy môže zlepšiť zdravie kostí a prípadne ponúknuť nové spôsoby liečenia osteoporózy.
Osteoporóza postihuje asi 200 miliónov žien na celom svete.
U jednej z 3 žien a u 1 z 5 mužov vo veku nad 50 rokov sa predpokladá, že počas svojho života utrpeli zlomeninu kostí v dôsledku osteoporózy.
V Spojených štátoch odhady naznačujú, že s týmto ochorením žije 44 miliónov ľudí nad 50 rokov, čo z neho robí hlavný problém verejného zdravia.
Nový výskum nás približuje k pochopeniu procesu, ktorý vedie k degradácii kostí pri osteoporóze, a k potenciálnym novým spôsobom, ako by bolo možné tento stav riešiť.
Zistenia vysvetľujú kľúčovú molekulárnu dynamiku, ktorá zodpovedá za postupnú krehkosť našich kostí, keď starneme.
Dr. Sadanand Fulzele, kostný biológ, ktorý pracuje na Oddelení ortopedickej chirurgie na Augustovej univerzite v Gruzínsku, je korešpondentom výskumu a posledným autorom nového príspevku, ktorý bol publikovaný v Časopis gerontológie: Biologické vedy.
Približovanie malého molekulárneho vinníka
Dr. Fulzele a kolegovia vysvetľujú proces tvorby kostí - ktorý začína mezenchymálnymi kmeňovými bunkami. Jedná sa o kmeňové bunky, ktoré sa nachádzajú v našej kostnej dreni a ktoré môžu ďalej tvoriť chrupavku, kosť alebo tuk v kostnej dreni.
Jedným z faktorov, ktoré ovplyvňujú, ktoré tieto bunky nakoniec tvoria, je signálna molekula nazývaná faktor odvodený zo stromálnych buniek (SDF-1).
Predchádzajúci výskum rovnakého tímu ukázal, aký dôležitý je SDF-1 pre diferenciáciu mezenchymálnych kmeňových buniek na rôzne bunky rozhodujúce pre zdravie kostí.
Štúdie in vitro aj in vivo uskutočnené výskumníkmi preukázali kľúčovú úlohu tejto signálnej molekuly pre tvorbu kostí. SDF-1 je tiež dôležitý pre opravu kostí a chráni kostné bunky pred oxidačným stresom, čo je nerovnováha medzi voľnými radikálmi a antioxidantmi v tele, ktorá nakoniec vedie k poškodeniu a chorobe DNA.
Predchádzajúce štúdie tiež preukázali, že hladiny SDF-1 klesajú u starnúcich myší; takže v tejto štúdii chceli doktor Fulzele a tím presne pochopiť, ako sú regulované hladiny tejto molekuly.
V niektorých svojich predchádzajúcich výskumoch doktor Fulzele ukázal, že malá molekula nazývaná microRNA-141-3p zastavuje vitamín C, kľúčový antioxidant, v dosahovaní našich kostných buniek.
Tím už vedel, že molekula môže zabrániť mezenchymálnym kmeňovým bunkám v diferenciácii na iné bunky, ako aj skutočnosť, že mikroRNA-141-3p s vekom rastie. Dr. Fulzele a tím predpokladali, že mikroRNA-141-3p znižuje SDF-1 a že je to jeden z hlavných spôsobov, ako táto malá molekula zastavuje zdravú tvorbu kostí.
Obnovenie normálnej funkcie kostí napriek veku
Aby to otestovali, Dr. Fulzele a jeho kolegovia analyzovali mezenchymálne bunky ľudí i myší. V mladých bunkách zistili, že hladiny mikroRNA-141-3p boli nízke. V starých bunkách sa však hladiny tejto molekuly strojnásobili. Opak bol pravdou pre hladiny SDF-1.
Potom vedci injikovali mikroRNA-141-3p do mezenchymálnych kmeňových buniek získaných od dospelých vo veku 18–40 rokov, ako aj od seniorov vo veku 60–85 rokov, ktorí podstúpili ortopedickú operáciu.
Injekcia mikroRNA-141-3p spôsobila pokles hladiny SDF-1 a spôsobil, že kmeňové bunky tvorili viac tuku namiesto kostných buniek. S pribúdajúcim vekom vysvetľujte vedcom, že uľahčenie tvorby tukových buniek je nie jednoduchšie ako kostných buniek.
Tím tiež pridal mikroRNA-141-3p do kostných buniek, čo zhoršilo funkciu kostí. Aplikácia inhibítora microRNA-141-3p však zlepšila funkciu kostí.
Zistenia, vysvetľuje doktor Fulzele, naznačujú, že jedného dňa by použitie inhibítora microRNA-141-3p mohlo pomôcť kmeňovým bunkám pokračovať v diferenciácii na kostné bunky napriek veku a podmienkam, ako je osteoporóza.
Inhibítor, tvrdí doktor Fulzele, „normalizuje funkciu kostí. Myslíme si, že [a] klinický inhibítor nám môže pomôcť urobiť to isté u ľudí. “
„Ak máte 20 rokov a tvoríte veľké kosti,“ dodáva, „vo svojich mezenchymálnych kmeňových bunkách by ste stále mali mikroRNA-141-3p. Ale keď máš 81 a máš slabšiu kosť, máš toho oveľa viac. “
"Chcete to tak trochu na tom sladkom mieste," vysvetľuje autor korešpondencie štúdie Dr. William D. Hill, výskumník kmeňových buniek z Augustovej univerzity. Vedci tvrdia, že plánujú presunúť svoje zistenia do predklinických modelov, kde chcú nájsť spôsoby, ako obnoviť zdravé hladiny mikroRNA-141-3p a SDF-1.
„Snažíme sa to vytočiť späť od miesta, kde je nadmerne exprimovaný [microRNA-141-3p] v dôsledku faktorov ako starnutie a oxidačný stres a potláčanie estrogénu, a vrátiť ho späť do rozsahu, ktorý by účinne umožňoval normálnejšie tvorba kostí. “
Dr. William D. Hill
"Identifikovali sme množstvo mikroRNA, ktoré sa starnutím menia v kmeňových bunkách kostnej drene, a ideme po každej z nich, aby sme pochopili, ako fungujú," dodáva Dr. Hill.
„Začíname viac využívať prístup biologických systémov [tým, že nemeníme iba jednu cieľovú molekulu, ale pozeráme sa aj na to, ako sa táto sieť molekúl mení s vekom alebo chorobou a ako môžeme dosiahnuť a […] resetovať týmito rôznymi cestami. “
