В журнале eLife было опубликовано исследование, в котором ученые сообщили о том ,что они обнаружили сложный процесс, который костные клетки используют для восстановления после механического повреждения.
Исследование дает новое представление о том, как организм адаптируется ко всем видам механических напряжений - от давления на кости во время простой ходьбы, до экстремальных сил, испытываемых во время интенсивных упражнений.
Механическая среда является важным фактором, определяющим здоровье костей. Гравитационные и мышечные силы действуют на скелет во время физической активности, что приводит к сложной комбинации сил, деформаций и давлений. Костные клетки в скелете приспосабливаются к этим давлениям, переводя механические силы в сложную цепь молекулярных событий, которые позволяют костям адаптироваться и восстанавливаться. Известно, что увеличение клеточных уровней кальция и выделение важной молекулы, называемой аденозинтрифосфатом (АТФ), считающейся биологами энергетической валютой жизни, являются ранними событиями после механического стресса костных клеток. Но то, каким образом механические силы приводят к выделению АТФ, оставалось непонятным.
«Цель нашего исследования состояла в том, чтобы изучить механизм высвобождения АТФ из костных клеток после механической стимуляции », - объясняет ведущий автор Николас Миколаевич, из Университета Макгилла - Канада. «Ранее мы поняли, что для увеличения уровня кальция необходимо разрушить мембрану костных клеток и дальше встал вопрос понимания того, как эти повреждения влияют на выброс АТФ».
Сначала команда ученых изучила, сколько времени необходимо для выработки АТФ после механической травмы. Используя костные клетки из трех разных источников, они физически стимулировали отдельные клетки и обнаружили, что высвобождение АТФ происходит через несколько секунд после механической стимуляции, и что это предшествовало увеличению уровня кальция в соседних клетках.
Затем они посмотрели, откуда происходило выделение АТФ. Поскольку ранее предполагалось, что оно выделяется из везикул - крошечных мембранных мешочков внутри клетки, они использовали комбинацию красителей для измерения высвобождения везикул и АТФ. К их удивлению, они обнаружили, что чем больше пузырьков было выпущено, тем меньше было выделение АТФ после механической стимуляции.
Это привело к тому, что команда предложила, что механически стимулированный выброс АТФ связан с повреждением мембраны клеток, а не с выбросом кальция из везикул. Чтобы проверить это, они рассмотрели флуоресцентную утечку красителя из костных клеток после различных уровней травмы. Это показало, что повреждение мембраны было обратимым, и они восстанавливались всего за 10 секунд. Это обратимое повреждение наблюдалось также в костных клетках мышей, когда сила, подобная той, которая наблюдалась во время тренировки, была применена к кости голени.
Наконец, команда точно изучила, как происходит восстановление этой мембраны. Они обнаружили, что высвобождение крошечных везикул имеет большое значение для восстановления мембраны. Взятые вместе, их результаты показывают, что повреждение мембраны вызывает утечку АТФ из клетки, но затем быстрый ремонт мембраны, контролируемый кальциевыми и PKC-зависимыми везикулами, ограничивает общее количество выделяемого АТФ, и в конечном итоге определяет судьбу костных клеток,
«Мы установили новый механизм, используемый костными клетками для адаптации к механическим воздействиям», - заключает адъюнкт – Светлана Комарова, адъюнкт – профессор из Университета Макгилла и научный сотрудник Shriners Hospitals for Children. «Наше обнаружение того, что протеинкиназы контролируют этот ответ, дает потенциальную возможность исследовать методы лечения тех, кто испытывает измененные механические условия, например это пациенты с параличом или люди в космосе».
