小蜂窝天线脂肪形成肌肉的关键
不管你喜欢与否,随着年龄增长,我们的肌肉细胞慢慢地交换,一个接一个,脂肪细胞。这个过程加速损伤肌肉时,这个过程的一种极端形式也在肌肉营养失调等疾病的杜氏肌肉营养不良症(DMD)。现在,加州大学旧金山分校的科学家们表明,蜂窝天线称为纤毛,发现fat-forming细胞散布在肌肉,扮演一个关键的角色在这个muscle-to-fat转换。
研究结果显示在实验老鼠,并公布7月13日,2017年细胞表明,先前未知的之间的联系纤毛和组织更新。新分子的理解可以为再生医学开辟新的前景,和一天,研究人员可以改善肌肉更新在衰老和疾病。
高水平的肌内脂肪一直伴随着失去力量和活动能力受损,以及更多的落在老人或肥胖者,而在DMD患者。“脆弱的时代是一个巨大的生物医学问题,”杰里米Reiter说,医学博士,博士,加州大学旧金山分校的生物化学和生物物理学教授和高级新论文的作者。“这项研究有助于学习铺平道路的肌肉通常年龄,并提供一个新方法可能得到改善肌肉修复。"
Reiter长期研究兴趣称为初级纤毛的微小细胞的附属物,它看起来有点像细胞触角草履虫和其他单细胞生物使用移动和收集食物。但与那些能动的纤毛、初级纤毛不要动。相反,他们僵硬,孤独的站在几乎所有细胞的表面,包括神经元,皮肤细胞,骨细胞和某些干细胞。
几个世纪以来,这些小附件很大程度上被忽视,并认为是残留结构没有已知的功能。但“过去十年有文艺复兴时期的找出这些纤毛,“Reiter说,和他的实验室和其他成员的最近的工作显示,初级纤毛的行为很像蜂窝天线,接收从邻近细胞分子线索,和加工环境信号如光、温度、盐平衡,甚至重力。
的一些研究的例子纤毛功能来自于胚胎发育的早期阶段,当胳膊和腿只是微小的“味蕾”胚胎。肢芽接收信号从一个基本的细胞信号通路,称为刺猬,指定数量的数字你会在你的手和脚,然后告诉比拇指小指发展不同。缺陷在纤毛可以破坏细胞如何解读这些信号,导致额外的手指或脚趾。
理解发展之外,如果初级纤毛的作用,参与维护成人组织,丹尼尔Kopinke,博士,博士后在Reiter实验室和这项新研究的第一作者,着手问信号通过纤毛参与肌肉的损伤后修复的能力。
以前的工作表明,当肌肉受伤,fat-forming细胞一起生活肌肉细胞,称为纤维/脂肪形成的祖细胞(fap)、分裂和分化成脂肪细胞。Kopinke发现,与肌肉细胞,这些fat-forming fap更容易携带初级纤毛,肌肉损伤进一步增加了大量的fap纤毛。这些观察表明,纤毛的脂肪形成可能起着重要的作用。
为了验证这个假说,研究小组使用了两个鼠标的模型肌肉拉伤——急性损伤模型由注入损伤因子老鼠的肌肉,和慢性损伤模型的逐步丧失肌肉纤维如在DMD。当科学家们基因阻止fap形成纤毛的能力,两种损伤模型显示低数量的脂肪在肌肉。更重要的是,纤毛的损失不仅导致脂肪的损失,但也帮助肌肉再生。
“那是个意外。”Kopinke说。“我们把肌肉DMD的小鼠模型转化为肌肉,更像是一个正常的老鼠。”
通过一系列的实验中,该组织发现,基因工程细胞没有纤毛运动导致了低级Hedgehog途径的激活,这是足以阻止脂肪变性骨骼肌。当研究人员用其他方法放大刺猬信号,老鼠肌肉再次变得更少的脂肪。
“我坐在显微镜和思想,所有的脂肪在哪儿?它是不见了!“Kopinke说,回忆他的尤里卡时刻他刺猬连接。“我几乎是跳舞的。”
随着进一步的调查,研究人员发现,一个刺猬通路中的关键蛋白称为TIMP3效果负责。通过使用一个小分子称为batimastat,模仿TIMP3的影响,研究人员能够阻止创伤性脂肪形成肌肉。团队正在调查其他分子可能具有相同的效果,这可能会导致治疗时代——人类和伤害有关的肌肉损失。
首次“现在我们有一个处理的细胞类型肌肉变成脂肪,我们有一个手柄控制转换的信号通路,“Kopinke说。“也许有一天,我们可以用这些知识来提高肌肉功能”。
