Stressede celler ledte forskere til fund af nyt muskelprotein

Kost og livsstil 9. okt 2022 4 min Professor Simon Bekker-Jensen Skrevet af Kristian Sjøgren

Forskere har opdaget et protein med en helt essentiel rolle i opbygningen af muskler. Når forskere sprøjter proteinet ind i muskler, vokser musklerne 50 pct. uden at de overhovedet behøver at blive trænet først. Opdagelsen kan få betydning for behandling af patienter med muskelsvindsygdomme eller svage ældre.

Interesseret i Kost og livsstil? Vi kan holde dig opdateret helt gratis

Det hele startede med, at en international gruppe af forskere gerne ville finde ud af, hvordan celler reagerer på stress. Det endte med, at de fandt frem til et helt nyt protein, som øjensynligt spiller en fundamental rolle i opbygningen af muskler.

Opdagelsen af ZAK-beta-proteinet er interessant, fordi det peger i retning af muligheden for at kunne aktivere muskelopbygning uden behov for forudgående træning.

Nuvel, det lyder måske som doping, men opdagelsen kan faktisk få stor betydning for behandling af en helt anden gruppe mennesker.

"Tab af muskelmasse er et stort problem for især indlagte ældre. Når man er sengeliggende, mister man muskelmasse, og mens yngre personer gendanner musklerne hurtigt, gør ældre det ikke, og det er et stort sundhedsmæssigt problem. Her vil det være interessant, hvis vi ved kunstigt at aktivere det her protein kan stimulere muskelopbygningen, mens de ældre er sengeliggende," forklarer en af forskerne bag opdagelsen, professor Simon Bekker-Jensen fra Institut for Cellulær- og Molekylær Medicin ved Københavns Universitet.

Forskningen er offentliggjort i EMBO Journal.

Støbte celler i gelé og trykkede på dem

Den store opdagelse tog sin begyndelse i et ønske fra forskernes side om at finde ud, hvad der sker med cellers signalering, når man trykker dem sammen.

Celler bliver stressede, når der bliver trykket på dem, men forskere har indtil videre ikke en særlig god forståelse af, hvordan celler reagerer på dette stress.

Inde i kroppen kan celler blive trykket sammen på forskellige måder. Lungeceller, hudceller, celler i hjertet og i knoglerne bliver trykket på hele tiden, og trykkene får cellerne til at sende forskellige signaler rundt i omgivelserne, så de hele tiden kan tilpasse sig det stress, som det er at blive trykket på.

I deres forsøg gjorde forskerne meget simpelt det, at de satte celler fast i en gelé, og så trykkede de på geléen med et stempel, mens de samtidig observerede, hvordan de cellulære signaleringsveje responderede på, at cellerne blev sat under tryk.

"Vi kender til de stressenzymer, der bliver aktiveret, når cellerne er stressede, men indtil nu har vi ikke været i stand til at identificere det gen, som oversætter et tryk på cellerne til aktivering af disse signaler nedstrøms. Det er en manglende puslespilsbrik for vores forståelse af hele det her cellulære respons. Videnskabeligt drejede vores forskning sig om at finde ud af, hvad det er ved kompression af en celle, der bliver opdaget af hvilke mekanismer, og hvordan disse mekanismer gør det," forklarer Simon Bekker-Jensen.

Opdagede protein, der ikke virker ved muskelsygdom

Forskningen mundede ud i opdagelsen af et protein, der er i stand til at identificere kompression i cellerne.

Proteinet, der hedder ZAK-Beta-proteinet, binder til en indre cellulær struktur, en slags stillads, der sørger for, at cellerne ikke kollapser af sig selv.

Når en celle bliver trykket sammen, bliver dette indre stillads deformeret, og det opdager ZAK-beta-proteinet.

"Det var i sig selv en grundvidenskabelig opdagelse, men vi ville gerne vide mere og fandt ud af, at genet for ZAK-proteinet også tidligere er blevet koblet til en specifik muskelsygdom, myopati, der er karakteriseret ved muskelsvækkelse," siger Simon Bekker-Jensen.

Mangel på gen gav slappe muskler

I den næste del af forskningen samarbejdede forskerne med muskelfysiologer, der kan stimulere muskelvækst i musklerne hos mus ved at indsætte en elektrode i musenes underben og derefter elektrisk stimulere musklerne til at arbejde.

Bagefter kan forskerne undersøge musklerne og se, om de signalveje, der er nødvendige for at stimulere til muskelopbygning efter arbejde, er blevet tændt af den elektriske stimulering eller ej.

I det nye forskningsarbejde lavede forskerne denne slags forsøg med både normale mus og mus, der havde fået ødelagt genet for ZAK-beta-proteinet.

Resultatet af studiet viste, at når genet for ZAK-beta-proteinet var slået i stykker, blev de signalveje, der skal til for at opbygge muskler, aldrig tændt.

Hos mennesker resulterer det i myopati.

"Det gjorde os i stand til at forstå den molekylære proces, som er årsag til, at personer med ZAK-beta-mutationer ikke kan opbygge muskler. Har man ikke et funktionelt ZAK-Beta-protein, kan man ikke tænde for de muskelopbyggende signalveje, og så har man ikke en sund muskel. Nu ved vi, hvorfor det her gen og protein er vigtigt for muskler og muskelsygdom," forklarer Simon Bekker-Jensen.

Fik muskler til at vokse med 50 pct.

Forskerne var dog ikke færdige med deres undersøgelser her.

I et opfølgende arbejde sprøjtede de selve genet ind i muskler fra mus.

Når genet bliver sprøjtet ind i muskelceller, vil muskelcellerne begynde at udtrykke genet og derved producere en masse ZAK-Beta.

Resultatet af eksperimentet blev, at muskelfibrene voksede med 50 pct. Skal man drage en parallel til mennesker, svarer det til, at en indsprøjtning med genet for ZAK-Beta i en overarm vil få den til at vokse med 50 pct.

"Det er interessant, fordi vores forskning dermed ikke bare viser, at ZAK-Beta er nødvendigt for sund muskelvækst, men at vi også kan øge muskelfibrenes størrelse ved at overudtrykke proteinet. De to til sammen gør, at vi kan sige, at vi her har den manglende signalvej, som kobler muskelarbejde til muskelvækst," siger Simon Bekker-Jensen.

Folk kan måske springe træningen over

Opdagelsen rummer forskellige perspektiver, mener forskeren.

Hvis man kan lave et lægemiddel, der stimulerer aktivering af ZAK-Beta inde i kroppens muskelceller, kan man formentlig få folk til at opbygge gode og sunde muskler, uden at de behøver at tilbringe så meget som én time i et træningscenter.

"Det vil først og fremmest være relevant til personer, der ikke fysisk er i stand til at træne tilstrækkeligt, eller hvor deres muskler ikke har den normale kapacitet til at reagere positivt på styrketræning, for eksempel indlagte eller sengeliggende ældre," siger Simon Bekker-Jensen.

Kan være farligt

Før vi kommer dertil, hvor en pille kan erstatte halvanden times tung træning i fitnesscenteret, skal ZAK-Beta-proteinet dog først studeres nærmere.

Blandt andet skal forskerne undersøge, om effekten af at skyde genet ind i musklerne på mus kun er større muskler, eller om det også kommer med en masse bivirkninger.

Det er nemlig ikke utænkeligt, at ZAK-Beta er nøje reguleret i kroppen og af specifikke årsager ikke bliver udtrykt i enorme mængder.

Man kan blandt andet forestille sig, at overudtryk af proteinet ikke bare leder til større muskler, men måske også dysfunktionelle muskler eller kræft. Det kan også være, at hvis man aktiverer en lille smule for meget af dette protein i hjertet, så bliver det farligt.

"Det er det næste skridt i forskningen. Vi skal finde ud af, hvad det egentlig betyder for hele kroppen, når vi aktiverer ZAK-Beta, og om der vil være nogle bivirkninger forbundet med det," siger Simon Bekker-Jensen.

The overarching aim for our group is to understand the molecular details of cellular stress responses and how they contribute to human diseases such a...

Dansk
© All rights reserved, Sciencenews 2020