Η αποβολή των κατεστραμμένων κυτταρικών συστατικών είναι απαραίτητη για τη συντήρηση των ιστών και των οργάνων του σώματος. Μια διεθνής ερευνητική ομάδα με επικεφαλής το Πανεπιστήμιο της Βόννης έκανε σημαντικά ευρήματα σχετικά με τους μηχανισμούς εκκαθάρισης των κυτταρικών αποβλήτων, δείχνοντας ότι η προπόνηση δύναμης ενεργοποιεί τέτοιους μηχανισμούς.
Τα ευρήματα θα μπορούσαν να αποτελέσουν τη βάση για νέες θεραπείες για την καρδιακή ανεπάρκεια και τις νευρικές παθήσεις, ακόμη και να προσφέρουν οφέλη για επανδρωμένες διαστημικές αποστολές.
Οι μύες και τα νεύρα είναι όργανα μεγάλης διάρκειας και υψηλής απόδοσης των οποίων τα κυτταρικά συστατικά υπόκεινται σε συνεχή φθορά. Η πρωτεΐνη BAG3 παίζει κρίσιμο ρόλο στην εξάλειψη των κατεστραμμένων συστατικών, αναγνωρίζοντάς τα και διασφαλίζοντας ότι περικλείονται από κυτταρικές μεμβράνες για να σχηματίσουν ένα «αυτοφαγόσωμα». Τα αυτοφαγοσώματα είναι σαν μια σακούλα σκουπιδιών στην οποία συλλέγονται κυτταρικά απόβλητα για μετέπειτα τεμαχισμό και ανακύκλωση.
Η ερευνητική ομάδα με επικεφαλής τον καθηγητή Jörg Höhfeld του Ινστιτούτου Κυτταρικής Βιολογίας του Πανεπιστημίου της Βόννης έδειξε ότι η προπόνηση δύναμης ενεργοποιεί το BAG3 στους μυς.
Αυτό έχει σημαντικές προεκτάσεις για την απόρριψη κυτταρικών αποβλήτων, επειδή το BAG3 πρέπει να ενεργοποιηθεί για να δεσμεύει αποτελεσματικά τα κατεστραμμένα κυτταρικά συστατικά και να προάγει την περιτύλιξη της μεμβράνης. Ένα ενεργό σύστημα αποβολής ή καθαρισμού είναι απαραίτητο για τη μακροπρόθεσμη διατήρηση των μυϊκών ιστών.
«Η βλάβη του συστήματος BAG3 προκαλεί πράγματι ταχέως εξελισσόμενη μυϊκή αδυναμία στα παιδιά καθώς και καρδιακή ανεπάρκεια -μια από τις πιο κοινές αιτίες θανάτου στα βιομηχανοποιημένα δυτικά έθνη», εξηγεί ο καθηγητής Höhfeld.
Φυσικοθεραπεία
Η μελέτη διεξήχθη με σημαντική συμμετοχή από αθλητικοφυσιολόγους του Γερμανικού Αθλητικού Πανεπιστημίου της Κολωνίας και του Πανεπιστημίου του Hildesheim. Ο καθηγητής Sebastian Gehlert τονίζει πόσο σημαντικά είναι τα ευρήματα: «Γνωρίζουμε τώρα τι επίπεδο έντασης προπόνησης δύναμης χρειάζεται για να ενεργοποιηθεί το σύστημα BAG3, ώστε να μπορούμε να βελτιστοποιήσουμε τα προγράμματα προπόνησης για τους κορυφαίους αθλητές και να βοηθήσουμε τους ασθενείς με φυσικοθεραπεία να χτίσουν καλύτερα τους μυς».
Ο καθηγητής Gehlert χρησιμοποιεί αυτά τα ευρήματα για να υποστηρίξει τα μέλη της γερμανικής Ολυμπιακής ομάδας.
Το σύστημα BAG3 δεν είναι ενεργό μόνο στους μυς. Οι μεταλλάξεις στο BAG3 μπορούν να οδηγήσουν σε μια νευρική νόσο γνωστή ως σύνδρομο Charcot-Marie-Tooth (το όνομά του επιστήμονα που την ανακάλυψε). Η ασθένεια προκαλεί το θάνατο των νευρικών ινών στα χέρια και τα πόδια, αφήνοντας το άτομο ανίκανο να κινήσει τα χέρια ή τα πόδια του. Μελετώντας κύτταρα από πάσχοντες, η ερευνητική ομάδα έδειξε ότι ορισμένες εκδηλώσεις του συνδρόμου προκαλούν εσφαλμένη ρύθμιση των διαδικασιών αποβολής του BAG3. Τα ευρήματα καταδεικνύουν τη μεγάλη σημασία αυτού του συστήματος για τη διατήρηση των ιστών.
Νέες θεραπείες
Αναλύοντας πιο προσεκτικά την ενεργοποίηση του BAG3, οι ερευνητές έμειναν έκπληκτοι με αυτό που παρατήρησαν. «Πολλές κυτταρικές πρωτεΐνες ενεργοποιούνται με την προσκόλληση φωσφορικών ομάδων σε μια διαδικασία γνωστή ως φωσφορυλίωση. Με το BAG3, ωστόσο, η διαδικασία αντιστρέφεται», εξηγεί ο Höhfeld. «Το BAG3 φωσφορυλιώνεται στους μυς κατά την ηρεμία και οι φωσφορικές ομάδες αφαιρούνται κατά την ενεργοποίηση».
Σε αυτό το σημείο, οι φωσφατάσες γίνονται το κύριο επίκεντρο του ενδιαφέροντος -τα ένζυμα που αφαιρούν τις φωσφορικές ομάδες. Για να προσδιορίσει τις φωσφατάσες που ενεργοποιούν το BAG3, ο Höhfeld συνεργάστηκε με τη χημικό και κυτταρική βιολόγο καθηγήτρια Maja Köhn του Πανεπιστημίου του Φράιμπουργκ.
«Ο εντοπισμός των φωσφατωσών που εμπλέκονται είναι ένα βασικό βήμα», λέει, «έτσι μπορούμε να επιδιώξουμε την ανάπτυξη ουσιών που δυνητικά μπορούν να επηρεάσουν την ενεργοποίηση της BAG3 στο σώμα».
Η έρευνα μπορεί να ανοίξει νέες θεραπευτικές δυνατότητες για μυϊκή αδυναμία, καρδιακή ανεπάρκεια και νευρικές παθήσεις.
Ο Höhfeld επισημαίνει: «Το BAG3 ενεργοποιείται υπό μηχανική δύναμη. Τι συμβαίνει όμως εάν δεν λάβει χώρα μηχανική διέγερση; Σε αστροναύτες που ζουν σε περιβάλλον χωρίς βάρος, για παράδειγμα, ή σε ακινητοποιημένους ασθενείς εντατικής θεραπείας σε αερισμό;»
Σε τέτοιες περιπτώσεις, η έλλειψη μηχανικής διέγερσης οδηγεί γρήγορα σε μυϊκή ατροφία, την αιτία της οποίας ο Höhfeld αποδίδει τουλάχιστον εν μέρει στη μη ενεργοποίηση του BAG3.
Τα φάρμακα που αναπτύχθηκαν για την ενεργοποίηση του BAG3 θα μπορούσαν να βοηθήσουν σε τέτοιες καταστάσεις, πιστεύει, γι’ αυτό η ομάδα του Höhfeld προετοιμάζει πειράματα που θα διεξαχθούν στο Διεθνή Διαστημικό Σταθμό (ISS). Έτσι, η έρευνα του BAG3 θα μπορούσε στην να μας βοηθήσει να φτάσουμε στον Άρη κάποια μέρα.
Περισσότερες πληροφορίες: Judith Ottensmeyer et al. Force-induced dephosphorylation activates the cochaperone BAG3 to coordinate protein homeostasis and membrane traffic. Current Biology, 2024 DOI: 10.1016/j.cub.2024.07.088.
