Neue Studie zeigt, wie die Muskelregeneration gefördert und Gewebe wieder aufgebaut werden kann

Neue Studie zeigt, wie die Muskelregeneration gefördert und Gewebe wieder aufgebaut werden kann

Salk-Forschung enthüllt Hinweise auf molekulare Veränderungen, die dem altersbedingten Muskelschwund zugrunde liegen

LA JOLLA – Eine der vielen Auswirkungen des Alterns ist der Verlust von Muskelmasse, der bei älteren Menschen zu Behinderungen führt. Um diesem Verlust entgegenzuwirken, untersuchen Wissenschaftler am Salk Institute Möglichkeiten, die Regeneration von Muskelgewebe zu beschleunigen, indem sie eine Kombination molekularer Verbindungen verwenden, die üblicherweise in der Stammzellforschung verwendet werden.

In einer am 25. Mai 2021 veröffentlichten Studie in Nature Communications veröffentlicht , zeigten die Forscher, dass die Verwendung dieser Verbindungen die Regeneration von Muskelzellen bei Mäusen steigerte, indem sie die Vorläufer von Muskelzellen, sogenannte myogene Vorläufer, aktivierten. Obwohl noch mehr Arbeit erforderlich ist, bevor dieser Ansatz beim Menschen angewendet werden kann, liefert die Forschung Einblicke in die zugrunde liegenden Mechanismen im Zusammenhang mit der Muskelregeneration und dem Muskelwachstum und könnte eines Tages sowohl Sportlern als auch älteren Erwachsenen dabei helfen, Gewebe effektiver zu regenerieren.

„Der Verlust dieser Vorläufer wird mit altersbedingter Muskeldegeneration in Verbindung gebracht“, sagt Salk-Professor Juan Carlos Izpisúa Belmonte, der leitende Autor der Zeitung. „Unsere Studie deckt spezifische Faktoren auf, die die Muskelregeneration beschleunigen können, und enthüllt den Mechanismus, durch den dies geschah.“

Die in der Studie verwendeten Verbindungen werden nach dem japanischen Wissenschaftler, der sie entdeckt hat, oft als Yamanaka-Faktoren bezeichnet. Yamanaka-Faktoren sind eine Kombination von Proteinen (sogenannte Transkriptionsfaktoren), die steuern, wie DNA für die Übersetzung in andere Proteine ​​kopiert wird. In der Laborforschung werden sie verwendet, um spezialisierte Zellen wie Hautzellen in stammzellähnlichere Zellen umzuwandeln, die pluripotent sind, was bedeutet, dass sie die Fähigkeit haben, sich in viele verschiedene Zelltypen zu verwandeln.

„Unser Labor hat zuvor gezeigt, dass diese Faktoren Zellen verjüngen und die Geweberegeneration bei lebenden Tieren fördern können“, sagt Erstautor Chao Wang, Postdoktorand im Izpisua Belmonte-Labor. „Aber wie das passiert, war bisher nicht bekannt.“

Die Muskelregeneration wird durch Muskelstammzellen, auch Satellitenzellen genannt, vermittelt. Satellitenzellen befinden sich in einer Nische zwischen einer Bindegewebsschicht (Basallamina) und Muskelfasern (Myofasern). In dieser Studie verwendete das Team zwei verschiedene Mausmodelle, um die muskelstammzellspezifischen oder nischenspezifischen Veränderungen nach Zugabe von Yamanaka-Faktoren zu bestimmen. Sie konzentrierten sich auf jüngere Mäuse, um die Auswirkungen der Faktoren unabhängig vom Alter zu untersuchen.

Im Myofaser-spezifischen Modell fanden sie heraus, dass die Zugabe der Yamanaka-Faktoren die Muskelregeneration bei Mäusen beschleunigte, indem die Konzentration eines Proteins namens Wnt4 in der Nische reduziert wurde, was wiederum die Satellitenzellen aktivierte. Im Gegensatz dazu aktivierten Yamanaka-Faktoren im satellitenzellspezifischen Modell keine Satellitenzellen und verbesserten die Muskelregeneration nicht, was darauf hindeutet, dass Wnt4 eine entscheidende Rolle bei der Muskelregeneration spielt.

Laut Izpisua Belmonte, Inhaberin des Roger-Guillemin-Lehrstuhls, könnten die Beobachtungen dieser Studie schließlich zu neuen Behandlungen führen, die auf Wnt4 abzielen.

„Unser Labor hat kürzlich neuartige Gen-Editing-Technologien entwickelt, die zur Beschleunigung der Muskelregeneration nach Verletzungen und zur Verbesserung der Muskelfunktion eingesetzt werden könnten“, sagt er. „Wir könnten diese Technologie möglicherweise nutzen, um entweder den Wnt4-Spiegel im Skelettmuskel direkt zu senken oder die Kommunikation zwischen Wnt4 und Muskelstammzellen zu blockieren.“

Die Forscher untersuchen auch andere Möglichkeiten zur Zellverjüngung, einschließlich der Verwendung von mRNA und Gentechnik. Diese Techniken könnten schließlich zu neuen Ansätzen zur Förderung der Gewebe- und Organregeneration führen.

Weitere Autoren waren: Ruben Rabadan Ros, Paloma Martinez Redondo, Zaijun Ma, Lei Shi, Yuan Xue, Isabel Guillen-Guillen, Ling Huang, Tomoaki Hishida, Hsin-Kai Liao, Concepcion Rodriguez Esteban und Pradeep Reddy von Salk; Estrella Nuñez Delicado von der Universidad Católica San Antonio de Murcia in Spanien; und Pedro Guillen Garcia von Clinica CEMTRO in Spanien.

Die Arbeit wurde finanziert von NIH-NCI CCSG: P30 014195, dem Helmsley Trust, Fundacion Ramon Areces, Asociación de Futbolistas Españoles (AFE), Fundacion Pedro Guillen, Universidad Católica San Antonio de Murcia (UCAM), der Moxie Foundation und CIRM (GC1R). -06673-B).

DOI: 10.1038 / s41467-021-23353-z