Жизнь без старости - страница 123
Исследования последних лет выявили ряд деталей молекулярного механизма вышеописанного положительного действия физической нагрузки [120]. При сокращении мышц происходит выход кальция из саркоплазматического ретикулума; это влияет на активность кальций-зависимых ферментов, в частности — кальций/кальмодулин-зависимых киназ. В результате изменяется профиль фосфорилирования ряда транскрипционных факторов и их ко-активаторов, в том числе — белка PGC-1a, одного из основных регуляторов биогенеза и функций митохондрий [120].
Белок PGC-Іабьіл открыт в 1998 году как индуцируемый холодом ко-активатор ядерного рецептора PPAR-γ, контролирующего развитие и метаболизм жировой ткани и мышц [268]. Основной функцией PPAR-γ, как и любого ядерного рецептора, является регуляция транскрипции: связывая низкомолекулярные соединения, PPAR-γ изменяет своё сродство к определенным участкам геномной ДНК [181].
Дальнейшие исследования показали, что к факторам, стимулирующим образование PGCl-а, относится не только холод, но также физическая нагрузка и голодание [147], и что помимо контроля термогенеза, PGCl-а вовлечен в регуляцию экспрессии множества генов, в том числе — ответственных за образование митохондрий [147,9], за метаболизм жиров и глюкозы [194], и за контроль суточных ритмов (гены «биологических часов») [196]. Этот белок взаимодействует с разнообразными транскрипционными факторами и участвует в регуляции функций митохондрий [378]; его экспрессия повышается при регулярных упражнениях на выносливость. PGC-1a, вероятно, регулирует как кратковременные, так и долговременные реакции организма на физическую нагрузку: его уровень достаточно быстро возрастает в работающих мышцах и падает при расслаблении, но регулярные упражнения на выносливость приводят к его устойчивому повышению [290].
Рис. II-6.1. Регуляция биогенеза митохондрий через PGC-1a (адаптировано из [379]). NRF — ядерный дыхательный фактор (Nuclear Respiratory Factor), ERRa — ядерный рецептор, родственный эстрогеновому рецептору альфа (Estrogen Related Receptor a), TFAM — митохондриальный фактор транскрипции А, PPARs — рецепторы, активируемые пероксисомными пролифераторами (Peroxisome Proliferator-Activated Receptors)
Имеющиеся на сегодняшний день данные указывают, что PGC-1a является «узловым» регулятором биогенеза и функций митохондрий: несколько разнообразных сигналов индуцируют его экспрессию, а он, в свою очередь, способен активировать несколько регуляторных путей через взаимодействие с ядерными рецепторами (Рис. П-6.1) [379].
У мышей делеция гена PGC1-a не является летальной, но приводит к торможению постнатального развития сердца и медленных волокон скелетных мышц, а также снижению количества и функциональности митохондрий в них; выносливость животных при длительной физической нагрузке также была заметно снижена. С возрастом у мутантных мышей наблюдались ожирение и нарушение способности восстанавливать температуру тела после охлаждения [183]. Все это подтверждает важную роль PGC1-a в биогенезе и поддержке функциональности митохондрий.
Кроме того, при кратковременном голодании у таких мышей развивалась жировая инфильтрация печени (стеатоз). Примечательно, что, несмотря на ожирение, развитие инсулинорезистентности в ответ на богатую жирами диету у мутантных мышей было менее выражено, чем у контрольных мышей дикого типа [183]. Сходные результаты были получены в экспериментах на мышах при избирательном отключении гена PGC1-a в скелетных мышцах [397]; индукция синтеза PGC-1a в мышцах предотвращала развитие таких возраст-зависимых изменений, как саркопения, падение митохондриальных функций, снижение чувствительности к инсулину, ухудшение нейро-мышечной передачи и др. [381].
PGC-1a способен стимулировать биогенез митохондрий не только в ответ на физическую нагрузку. Так, эксперименты на тринадцатиполосном суслике Ictidomys tridecemlineatus показали, что PGC-1a играет важную роль в сохранении мышечной функции во время зимней спячки этого животного при полном отсутствии мышечной нагрузки [390].
Следует, однако, отметить, что PGCGa-путь — не единственный сигнальный каскад, связывающий физическую нагрузку и стимуляцию митохондриальных функций. У мышей с нокаутированным в скелетных мыщцах геном PGC-1a наблюдалось, несмотря на отсутствие этого фактора, индукция биогенеза митохондрий посредством упражнений на выносливость [288].
