Ученые обнаружили белок, который поддерживает функцию сердца в пожилом возрасте

Человеческое сердце делает драгоценными несколько новых клеток, но умудряется сделать миллиарды обеспечивающих жизнь сокращений, пока оно стареет.

Теперь исследование, проведенное у плодовых мышек, крыс и обезьян учеными из Калифорнийского Университета Джона Хопкинса в Сан-Диего, и других организаций показывает, что уровни белка под названием винкулин повышаются с уровнем, изменяя форму и производительность кардиомиоцитов – здоровые адаптивные изменения, которые помогают поддерживать жизнеспособность сердечной мышцы в течение многих десятилетий.

«Сердце является удивительно стойким органом, но, как правило, не восстанавливается. Его способность перекачивать кровь неизменно снижается с возрастом», — говорит Энтони Каммарато, доктор философии, один из главных испытателей исследования, доцент медицины и физиологии в Школе медицины Университета Джона Хопкинса.

«Наши результаты показывают, что винкулин улучшает структурные и физиологические изменения в стареющих клетках сердца, и что он может быть важной терапевтической мишенью для замедления неизбежного упадка сердечной мышцы», — добавил доктор Каммарато.

Новые данные о роли винкулина могут проложить путь к созданию лечения, которое продлит жизнь пациентов, страдающих сердечной недостаточностью.

Результаты исследования, опубликованные 17 июня в журнале ScienceTranslationalMedicine, показывают повышение уровня винкулина в стареющих сердцах многих видов. Присутствие белка в организмах различной физиологической сложности является верным признаком его сохранения у многих видов и его эволюционную значимость.

Поиски ученых в области загадочной способности сердца сохранять сократительную функцию при отсутствии надежной клеточной регенерации, сосредоточились на винкулине (который уже известен благодаря своей роли по поддержанию костяка клетки, или цитоскелета). В тканях, полученных от пациентов с больными или старыми сердцами, были обнаружены его высокие уровни.

«Мы захотели узнать, является ли инсулин виновником или в более невинным наблюдателем в развитии заболеваний сердца и возрастной сердечной недостаточности, — сказал доктор Каммарато.

– Оказывается, винкулин – хороший парень, способ организма замедлить старение одного из самых жизненно важных органов».

В начальной серии экспериментов, исследователи проанализировали уровни винкулина в сердечной мышце взрослых и пожилых плодовых мушек, крыс и обезьян. У всех трех видов уровни винкулина неуклонно повышались с возрастом.

Далее, исследователи проанализировали биопсии из сердец крыс. По сравнению с кардиомиоцитами, полученными от молодых крыс, в тканях старых животных обнаружили заметную кластеризацию винкулина в клеточных соединениях – мостах, которые соединяют одну клетку с другой, — что также наблюдалось и у плодовых мушек.

Ученые считают, что эта модель позволяет винкулину повысить передачу механической силы от клетки к клетке и улучшить общую сократительность сердца.

Для того, чтобы выяснить, как винкулин помогает поддерживать функции сердца в пожилом возрасте, ученые сосредоточились на изучении плодовых мушек, так как эти насекомые имеют хорошо известную генетику, короткую жизнь и быстро стареют, что облегчает изучение обусловленных винкулином изменений на протяжении жизни.

Они сравнивали несколько штаммов мушек, включая штамм с нормально функционирующими генами винкулина и один штамм с естественным дефицитом винкулина.

Изучив клетки сердечной мышцы под микроскопом, исследователи заметили значительные различия между группами. Клетки сердца мышек с нормальным накоплением винкулина становились меньше с возрастом и показывали характерную кластеризацию винкулина по периферии клетка и вдоль межклеточных мостиков.

Когда исследователи активировали гены в мушек с дефицитом винкулина, чтобы вырабатывалось больше белка, их кардиомиоциты быстро уменьшились в размере, развились такие же кластеры винкулина вокруг границы, которые наблюдались в клетках мушек с нормальными генами винкулина.

Чтобы оценить, приводят ли эти клеточные изменения к различиям в сердечной деятельности, испытатели провели что-то похожее на человеческий кардиологический стресс-тест. Они погружали бьющиеся сердца насекомых в густой раствор, заставляя их работать тяжелее, чем обычно.

Сердца мушек с нормальным уровнем винкулина переносили нагрузку намного лучше, чем сердца мушек с дефицитом винкулина. Так же вели себя сердца мушек с дефицитом винкулина, которым исследователи генетически активировали выработку большего количества белка.

На заключительном этапе, испытатели изучили внутреннее содержание клеток сердца. То, что они заметили, подтверждает, как и почему винкулин вызывает изменения в сердечной деятельности. Клетки, окруженные винкулином, имеют хорошо организованное внутреннее строение, их мышечные белки имеют почти идеальное расположение. В отличие от этого, мышечные белки внутри клеток от мушек с дефицитом винкулина имеют более неупорядоченную картину расположения.

«То, что мы увидели – было восхитительным визуальным доказательством принципа, что форма диктует функцию, — говорит доктор Каммарато. –Окружив клетку как резинка, винкулин сохраняет ее внутреннее строение безупречно расположенным и обеспечивает неизменность формы и деятельности».

Однако наиболее поразительным было то, что мушки, чьи гены были активированы для увеличения выработки винкулина только в сердцах, оберегая другие органы, прожили, в среднем, на 150% дольше, чем мушки с дефицитом винкулина.

Доктор Каммарато говорит, что ученым уже некоторое время известно, что, по мере старения сердца, незначительные молекулярные сдвиги могут влиять на рост клеток, поведение и функции ключевых белков. Все эти изменения, со временем, влияют на сократительную способность сердца.

Прошлые исследования сосредоточивались на механизмах, разрушающих функцию сердца. В отличие от этого, настоящее исследование помогло установить, как изменения в функции белка фактически сохраняют сократительность сердца.

«Винкулин, кажется, является естественным защитным механизмом, который укрепляет стареющие клетки сердца и помогает им лучше ощущать и реагировать на возрастные изменения», — сказал старгий автор исследования Адам Энглер, доктор философии, ассоциированный профессор биоинженерии в Калифорнийском Университете, ученый в Консорциуме регенеративной медицины в Санфорде.

«Использование в терапевтических целях собственных защитных механизмов может помочь приостановить упадок органов, которые не регенерируют», — сказал доктор Каммарато.