Neseniai atrastas atradimas gali pakeisti mūsų supratimą apie kaulų sveikatos priežiūrą ir paruošti kelią galimam kaulų ligų gydymui, įskaitant osteoporozę. San Paulo universiteto Ribeirão Preto odontologijos mokyklos (FORP-USP) tyrėjai Brazilijoje nustatė baltymą, vadinamą Agrinu, kuris vaidina esminį vaidmenį išsaugant kaulų masę ir kokybę.
Tyrimas paskelbtas Tarptautinis biologinių makromolekulių žurnalas.
Osteocitai yra kilę iš osteoblastų, kurie yra atsakingi už kaulų susidarymą ir veikia kaip kaulų audinio reguliatoriai. Jie padeda išlaikyti audinio vidinę pusiausvyrą – procesą, vadinamą homeostaze, kuri yra būtina kaulams išlikti stipriems visą gyvenimą.
Iki šiol buvo žinoma, kad Agrinas vaidino svarbų vaidmenį regeneruojant širdies raumenis ir formuojant kremzlę. Pirmasis ištirtas grupė, kuriai vadovauja profesorius Márcio Mateus Beloti iš pagrindinės ir burnos biologijos skyriaus „Forp-Usp“, susietas su kaulų tyrimų laboratorija, ištyrė, ar tas pats baltymas vaidino panašų vaidmenį kaulų audinyje.
„Tai, kas mus motyvavo ištirti agrino vaidmenį kauluose, yra tai, kad tiek kaulų, tiek širdies audiniai yra kilę iš tos pačios rūšies ląstelės, vadinamos mezenchiminiais. Kitaip tariant, kūno vystymosi metu, raumenų ir kaulų vystymosi metu yra bendra ląstelių kilmė, ir dėl šios priežasties Agrino baltymai taip pat vaidina vaidmenį kaulų audinių regeneracijoje”, ir paaiškina beloti.
2021 m. Tyrime Beloti grupė parodė, kad osteoblastai gamina agrino baltymą. Osteoblastai yra ląstelės, atsakingos už mineralizuotos kaulų audinio matricos formavimą. Tada tyrėjai atliko eksperimentą, kad nustatytų baltymų pašalinimo iš šių ląstelių pašalinimo pasekmes. Jie sužinojo, kad be Agrino osteoblastai diferencijavo mažiau ir dėl to sudarė mažiau mineralizuotos kaulų matricos.
„Tai mums pasakė: osteoblastai, turintys aktyvų agriną, fiziologiškai formuoja kaulų audinį. Jei šios ląstelės nustos gaminti šį baltymą dėl ligos ar kokių nors kitų priežasčių, kyla problemų dėl kaulų audinio susidarymo”, – aiškina jis.
Remdamasis šiais duomenimis, profesoriaus Beloti grupė ištyrė antrojo tipo kaulų ląsteles: osteocitus, kurie yra labiau subrendę osteoblastai ląstelių diferenciacijos galutinėje stadijoje. Tyrėjai Maria Paula Oliveira Gomes, Letícia Faustino Adalpho ir bendražygis Adalberto Luiz Rosa iškėlė šį klausimą: ar agrino baltymą galima gaminti osteocitai ir vaidinti svarbų vaidmenį jų funkcijoje?
Norėdami ištirti šią galimybę, komanda naudojo genetiškai modifikuotas peles, žinomas kaip išmuštos pelės, kuriose agrino gamyba buvo specialiai išjungta osteocituose (sąlyginis nokautai). Tai buvo dominančios kaulų ląstelės. Šis požiūris buvo būtinas, nes dėl visiško agrino nebuvimo mirė dėl gimusių dėl sunkių kvėpavimo takų komplikacijų. Todėl būtų neįmanoma ištirti agrino trūkumo kaulų poveikio gyvūnui, visiškai neturinčiam baltymo.
Grupė sukūrė gyvūnų modelį, kuriame agrino baltymas buvo pašalintas tik iš osteocitų. Tai leido tyrėjams išanalizuoti agrino vaidmenį konkrečiai kauluose, nepaveikdamas jo gamybos kitose kūno dalyse. Lygiagrečiai tyrėjai panaudojo CRISPR-CAS9 technologiją, norėdami nutildyti Agriną osteocitų linijoje, išaugintoje laboratorijoje. Tai leido jiems ištirti baltymo nebuvimo poveikį kontroliuojamoje aplinkoje.
„Tada mes pastebėjome, kas nutiko šio gyvūno kaului“, – sakė Beloti.
Genetiškai modifikuotos pelės buvo stebimos nuo gimimo ir vėl įvertintos šešių savaičių amžiaus. Tada jie buvo lyginami su ne genetiškai modifikuotais gyvūnais kontrolinėje grupėje. Rezultatai buvo aiškūs: osteocitai gamina agrino baltymą, o jo nebuvimas tiesiogiai daro įtaką kaulų sveikatai.
Mažiau kaulų audinių
Pelės, neturinčios agrino, jų osteocituose pastebimai sumažėjo kaulų masė, taip pat fiziniai ir cheminiai jų kaulų sudėties pokyčiai. Šie pokyčiai sugadino audinio struktūrą, todėl kaulai tapo trapesni ir jautresni lūžiams.
„Nors jie buvo tokio paties amžiaus, gyvūnas, neturintis agrino osteocituose, parodė reikšmingus kaulų masės sudėties skirtumus, palyginti su kontroliniu gyvūnu“, – teigė profesorius.
Kaulų masės praradimas buvo maždaug 30%. Kaulų tankis (kuris atspindi kompaktišką ir atsparią kaulą) taip pat buvo maždaug 30% mažesnis. Atliekant lūžio bandymą, kuris matuoja jėgą, reikalingą kaului sulaužyti, tyrėjai nustatė, kad kaulams be agrino reikėjo 15% mažiau jėgos.
Tada tyrėjai įvertino, kas vyksta ląstelių lygyje, kad agrino trūkumas lėmė šį kaulų masės praradimą ir dėl to atsirandantį trapumą. Laboratorijoje agrino nebuvimas sutrikdė osteocitų brendimą ir funkciją. Tai paveikė kitų kaulų ląstelių pusiausvyrą, nes sumažėjo osteoblastų, kurie sudaro kaulą, aktyvumą ir padidinant osteoklastų, kurie skaido kaulą, aktyvumą.
Terapinis potencialas
Pasak profesoriaus Beloti, rezultatai sustiprina mintį, kad agrino baltymas yra pagrindinė ryšys ryšio grandinėje tarp osteocitų, osteoblastų ir osteoklastų, todėl tai yra įmanomas naujų gydymo būdų taikinys. Baltymai padeda išsaugoti audinių vientisumą, reguliuodamas šią ląstelių pusiausvyrą, net tais atvejais, kai kaulų praradimas nėra tiesiogiai susijęs su agrino nebuvimu.
„Skatinant jo gamybą ląstelėse gali sukurti mechanizmą, kaip kompensuoti kaulų audinių pažeidimus“, – siūlo profesorius.
Nepaisant šių pažangų, dar nežinoma, ar dėl kokių nors ligų žmonėms tai lemia mažesnis agrino baltymų gamyba žmonėms. Kitas tyrimo žingsnis bus ištirti galimą ryšį tarp Agrin ir osteoporozės raidos. Tikslas yra nustatyti, ar baltymo nebuvimas pablogina osteoporozės poveikį, ligą, kuri susilpnina kaulus ir daro įtaką milijonams žmonių visame pasaulyje, ypač vyresnio amžiaus gyventojams.