Обнаружена молекула, ответственная за развитие остеопороза

Первое в своем роде исследование, опубликованное в научном журнале Journal of Gerontology: Biological Sciences, показывает, что с возрастом уровни определенной молекулы увеличиваются, что приводит к уменьшению другой молекулы, которая создает здоровую кость. Исправление этого дисбаланса может улучшить здоровье костей и, возможно, покажет новые пути лечения остеопороза.

Распространенность остеопороза

Остеопороз поражает около 200 миллионов женщин во всем мире. Считается, что одна из трех женщин и 1 из 5 мужчин старше 50 лет имеют перелом костей в результате остеопороза.

Новое исследование приближает нас к пониманию процесса, приводящего к разрушению костей при остеопорозе, и к потенциальным новым способам, которые могли бы решить проблему. Выводы объясняют ключевую молекулярную динамику, которая объясняет прогрессивную хрупкость наших костей по мере старения.

Функция SDF-1 и microRNA-141-3p

Садананд Фульзель (Sadanand Fulzele) объясняет процесс формирования костей, который начинается с мезенхимальных стволовых клеток. Эти стволовые клетки, которые могут развиваться как хрящ, кость или жир в костном мозгу. Одним из факторов, которые влияют на формирование этих клеток в конечном итоге, является сигнальная молекула, называемая фактор 1, выделенный из стромальных клеток (SDF-1).

Предыдущие исследования показали, насколько важен SDF-1 для дифференциации мезенхимальных стволовых клеток в разные клетки, имеющие решающее значение для здоровья костей. SDF-1 важен для восстановления кости и защищает костные клетки от окислительного стресса, что является дисбалансом между свободными радикалами и антиоксидантами в организме и в конечном итоге приводит к повреждению ДНК и заболеванию. Кроме того, в предыдущих исследованиях было продемонстрировано снижение уровня SDF-1 у мышей старшего возраста; поэтому в этом исследовании ученые хотели точно понять, как регулируются уровни этой молекулы.

В своих исследованиях доктор Фульзель показал, что небольшая молекула, называемая microRNA-141-3p, ингибирует витамин С, ключевой антиоксидант, таким образом предотвращая формирование наших костных клеток. Исследователи уже знали, что молекула может блокировать мезенхимальные стволовые клетки и не дает дифференцироваться в другие клетки, а также тот факт, что microRNA-141-3p увеличивается с возрастом. Поэтому ученые предположили, что microRNA-141-3p снижает SDF-1, и это один из основных способов, с помощью которых эта небольшая молекула прекращает формирование кости.

Материалы и методы исследования

Чтобы проверить эту гипотезу, Фульзель с соавторами проанализировали мезенхимальные клетки у людей и у мышей.

Результаты научной работы

Ученые обнаружили, что в молодых клетках уровни микроРНК-141-3p были низкими. Однако в старых клетках уровни этой молекулы утроились. Для уровней SDF-1 было обратное. Затем исследователи провели инъекцию microRNA-141-3p в мезенхимальные стволовые клетки, полученные от людей в возрасте 18-40 лет и от пожилых людей в возрасте 60-85 лет, которые прошли ортопедическую операцию.

При инъеции microRNA-141-3p уровень SDF-1 резко падал и стволовые клетки становились жировыми. Кроме того, исследователи добавили microRNA-141-3p в костные клетки, что ухудшало функцию костной ткани. Однако применение ингибитора microRNA-141-3p улучшает функцию костной ткани.

Выводы

Результаты исследования показывают, что использование ингибитора microRNA-141-3p может помочь стволовым клеткам продолжать дифференцироваться в костные клетки, несмотря на возраст и состояние, такие как остеопороз.

«Ингибитор нормализует функцию костей. Мы полагаем, что ингибитор может помочь нам сделать то же самое у людей», — утверждает Фульзель. «Если вам 20 лет, у вас отличная кость, у вас еще будет микроРНК-141-3p в ваших мезенхимальных стволовых клетках. Но когда вам 81, кость становится слабой».

Исследователи планируют перенести свои результаты в доклинические модели, где хотят найти способы восстановления здоровых уровней микроРНК-141-3p и SDF-1.

«Микро РНК -141-3p увеличивает экспрессию благодаря таким факторам, как старение, окислительный стресс и подавление эстрогена. Мы хотим вернуть его обратно в диапазон, который позволил бы эффективно влиять на нормальное образование костей», — говорит доктор Уильям Д. Хилл (William D. Hill). «Мы определили ряд микроРНК, которые меняются в стволовых клетках костного мозга со старением, и мы хотим понять, как они работают».

Авторы другого исследования утверждают, что средиземноморская диета может замедлить потерю костной массы.