На ее призыв откликаются клетки-сателлиты. Вначале происходит быстрое деление специфических стволовых клеток, находящихся в мышцах, затем их потомки сливаются с волокном и передают мышечным клеткам свои ядра. В результате мышечных волокон больше не становится, но в их ядрах количество хромосом увеличивается. Увеличив свой генетический потенциал, мышечное волокно начинает расти в толщину. В регуляции процесса участвуют факторы, способствующие росту мышц и противодействующие ему. Стимулятором роста служит инсулиноподобный фактор роста I (invisible growth factor I (IGF-I), а ингибитором — белок миостагин.
Вместе с коллегами из Пенсильванского университета и Надей Розенталь (Nadia Rosental) из Гарвардского университета семь лет назад мы решили выяснить, можно ли использовать IGF-I для изменения функционирования мышц. Нам было известно, что если просто инъецировать в мышцы IGF-I, то через несколько часов он исчезает. Но если ввести в клетку ген, кодирующий этот фактор, то он будет работать до тех пор, пока функционирует клетка, и обеспечивать ее необходимыми миофибриллами. Возможно, введения одной дозы IGF-I-гена хватило бы пожилому человеку на всю оставшуюся жизнь. Основная проблема заключается в адресной доставке IGF-1-гена.
Доставка генов
Как и большинство других исследователей, мы использовали в качестве переносчиков (векторов) генов вирусные частицы. Они проникают в клетки организма-хозяина и включают свой генетический материал в клеточный геном, но до поры до времени никак себя не проявляют, выступая в роли биологического Троянского коня. В какой-то момент вирусные гены активируются, и начинают реплицироваться, используя клеточный аппарат для производства своих белков. Специалисты по генной терапии эксплуатируют эту способность вирусов, для чего включают в их геном нужный ген и удаляют те, которые отвечают за патогенность вируса.
В качестве вектора был взят крошечный аденоассоциированный вирус (AAV), который легко проникает в мышечные клетки человека и не вызывает при этом никаких заболеваний. В его геном мы включили синтетический IGF-I-ген, функционирующий только в скелетных мышцах. Введение рекомбинантного вируса молодым мышам привело к увеличению у них суммарной длины мышц и повышению скорости наращивания мышечной массы на 15–30 %, при том что грызуны вели малоподвижный образ жизни. Затем мы ввели IGF-I-ген взрослым мышам и длительное время наблюдали за ними. Обнаружилось, что у них с возрастом мышцы не утрачивали своей силы.
Для проверки безопасности такого подхода Розенталь создала трансгенных мышей, у которых IGF-I образовывался в избыточном количестве во всех скелетных мышцах. Животные развивались нормально, только масса скелетных мышц была у них выше нормы на 20–50 % Когда мыши состарились, обнаружилось, что их мышцы такие же сильные, как у молодых грызунов. Не менее важным было и то, что повышенный уровень IGF-1 отмечался только в мышцах, а в крови оставался нормальным (увеличение концентрации циркулирующего в организме IGF-I отрицательно сказывается на работе сердца и увеличивает вероятность онкологических заболеваний). Последующие эксперименты показали, что при образовании IGF-I в избыточном количестве повреждения в мышцах устраняются быстрее даже у мышей с серьезными формами мышечной дистрофии.
Возможность локального образования IGF-I позволяет достичь заветной цели при лечении болезней, связанных с мышечным истощением, — разрыва тесной связи между мышечной нагрузкой и их размерами. Подобная имитация физических упражнений таит в себе много привлекательного для профессиональных спортсменов. Если генноинженерным способом удалось достичь увеличения мышечной массы у молодых животных, ведущих малоподвижный образ жизни, то почему бы не использовать этот метод для развития мускулатуры у активных, здоровых индивидов?
Сотрудники моей лаборатории инъецировали рекомбинантный аденовирус, несущий ген белка IGF-I, в мышцы одной задней конечности каждой из лабораторных крыс и затем в течение восьми дней подвергали их нагрузкам. К концу эксперимента мышцы лапы, куда была сделана инъекция, стали вдвое сильнее и впоследствии утрачивали силу гораздо медленнее, чем мышцы второй задней конечности. Даже у крыс, не получавших нагрузок, после инъекции наблюдалось 15 %-ное увеличение силы мышц — в полном соответствии с теми данными, что были получены нами в опытах на мышах. Сейчас мы собираемся провести аналогичные исследования на собаках — известно, что одна из пород, охотничья поисковая, подвержена особенно тяжелой форме мышечной дистрофии.
