Нужно ли восстановление мышц, чтобы лечение продлевало жизнь?

В старой мышце всплеск восстановительного синтеза белка после каждого импульса миметика голодания приводит к образованию непропорционально большого количества белков с ошибками трансляции. При включении этих белков в долгоживущие белковые комплексы функциональные нарушения распространяются на ранее сохранные структуры. Поэтому избирательное подавление восстановительного синтеза мышечного белка между импульсами может усилить эффект рапамицина на продолжительность жизни даже при уменьшении мышечной массы и силы, если сохраняется способность поддерживать достаточный уровень повседневной физической активности. Наиболее радикальное предположение этой гипотезы состоит в том, что само восстановление мышечной массы после каждого импульса становится главным источником вреда в дальнейшем. Предлагаемый новый миметик голодания воспроизводит физиологическое ограничение синтеза дефектных белков: короткий импульс подавления комплекса 1 мишени рапамицина (mTORC1) сочетается с умеренным ограничением инициации трансляции в старых мышечных волокнах во время всплеска восстановительного синтеза. Такой механизм должен стабилизировать SPV_3 за счёт уменьшения количества новых повреждений.

При этом уменьшится абсолютное количество образующихся пептидов с ошибками трансляции, и они будут реже включаться в белковые комплексы. Решающим будет следующий результат: повышение точности синтеза белка при восстановленном объёме синтеза устранит преимущество блокады и позволит безопасно восстановить мышечную массу. Если точность синтеза белка восстановлена, но блокада синтеза по-прежнему необходима, это опровергнет предложенный механизм.

При этом уменьшится абсолютное количество образующихся ошибочных пептидов, а в белковые комплексы будет включаться меньше таких пептидов. Решающим будет следующий результат: повышение точности трансляции при восстановленном объёме синтеза белка устранит преимущество блокады и позволит безопасно восстановить мышечную массу. Если точность трансляции восстановлена, но блокада синтеза белка по-прежнему необходима, предложенный механизм будет опровергнут.

Восстановление существующих белков мышц может сохранить продлевающее жизнь действие рапамицина, даже когда новые белки не синтезируются даёт другое предсказание: При одинаковом подавлении комплекса 1 мишени рапамицина (mTORC1) и сопоставимом противоопухолевом действии блокада восстановительного синтеза даст большую прибавку к оставшейся продолжительности жизни, чем применение одного рапамицина. Одновременно уменьшится абсолютное количество образующихся пептидов с ошибками, и они будут реже включаться в белковые комплексы. Решающим будет следующий результат: повышение точности синтеза белка при восстановленном объёме синтеза устранит преимущество блокады и позволит безопасно восстановить мышечную массу. Если точность синтеза белка восстановлена, но блокада синтеза по-прежнему необходима, это опровергнет предложенный механизм.

Несогласованный синтез субъединиц дыхательных комплексов может свести на нет пользу миметиков голодания даёт другое предсказание: При одинаковом подавлении mTORC1 и сопоставимом противоопухолевом действии блокада восстановительного синтеза сильнее увеличит оставшуюся продолжительность жизни, чем применение одного рапамицина. Одновременно она уменьшит абсолютное количество образующихся пептидов с ошибками, и в белковые комплексы будет включаться меньше таких пептидов. Решающим результатом станет следующее: повышение точности синтеза белка при восстановленном объёме синтеза устранит преимущество блокады и позволит безопасно восстановить мышечную массу. Если точность восстановлена, но блокада синтеза по-прежнему необходима, предложенный механизм будет опровергнут.

Согласно гипотезе, скорость химического старения сохраняющихся мышечных белков определяет, необходим ли восстановительный синтез белка для полезного действия миметика. При подавлении замещения белков в них накапливаются изоаспартильные остатки вследствие самопроизвольных химических изменений аспартата и аспарагина. Повреждение отдельных участков, важных для каталитической активности, может нарушить функцию белков ещё до заметного уменьшения их общей массы. Физиологическим прототипом нового миметика служит ферментативное восстановление существующих белков с участием белковой L-изоаспартилметилтрансферазы PCMT1. Усиление активности этого фермента в мышцах должно позволить сохранить продлевающее жизнь действие рапамицина при его прерывистом введении, даже если восстановительный синтез белка подавлен. Для разработки предлагается активатор или стабилизатор PCMT1. Проверить принцип действия можно, предварительно индуцировав экспрессию этого фермента в мышцах. Предполагается, что этот механизм стабилизирует SPV_3.

Каталитически неактивный PCMT1 такого эффекта не даст. Восстановление функции будет сопровождаться уменьшением изоаспартильных повреждений именно в ранее меченных белках. Если эти повреждения будут устранены, а функция мышц и выживаемость останутся сниженными, результат будет свидетельствовать в пользу механической или митохондриальной гипотезы по сравнению с предложенной.

При этом уменьшится абсолютное количество образующихся ошибочных пептидов, а в белковые комплексы будет включаться меньше таких пептидов. Решающим будет следующий результат: повышение точности трансляции при восстановленном объёме синтеза белка устранит преимущество блокады и позволит безопасно восстановить мышечную массу. Если точность трансляции восстановлена, но блокада синтеза белка по-прежнему необходима, предложенный механизм будет опровергнут.

При одинаковом дефиците мышечного белка утрата эффекта продления жизни будет зависеть от амплитуды механической нагрузки и исходной протяжённости дефектов. В изолированных мышцах редкие сокращения с высокой пиковой силой вызовут большее распространение дефектов, чем частые слабые сокращения с сопоставимой суммарной работой. В организме ограничение пиковых нагрузок при сохранении обычной активности частично восстановит полезный эффект миметика, хотя синтез белка останется подавленным. Отсутствие зависимости роста дефектов от локального напряжения и их исходного размера опровергнет предположение о применимости этой закономерности.

Несогласованный синтез субъединиц дыхательных комплексов может свести на нет пользу миметиков голодания даёт другое предсказание: Предварительное повышение активности PCMT1 сохранит функцию мышц и продлевающее жизнь действие миметика, даже если синтез новых белков останется подавленным, а белковая масса не восстановится. Каталитически неактивный PCMT1 такого эффекта не даст. Восстановление функции будет сопровождаться уменьшением изоаспартильных повреждений именно в ранее меченных белках. Если эти повреждения будут устранены, но функция мышц останется нарушенной, а выживаемость останется сниженной, результат будет свидетельствовать в пользу механической или митохондриальной гипотезы.

Согласно гипотезе, нарушение восстановительного синтеза мышечного белка устраняет пользу миметика голодания, если при этом нарушается соотношение белков, производимых двумя аппаратами синтеза. Предполагается следующая цепочка событий: рибосомы цитоплазмы перестают обеспечивать восполнение субъединиц дыхательных комплексов, кодируемых ядерным геномом, тогда как митохондриальная трансляция продолжается. В результате появляются несобранные субъединицы и дефектные промежуточные комплексы, а доля правильно собранных дыхательных ферментов снижается. Поэтому гипотеза предполагает, что для сохранения пользы миметика необходимо согласованное обновление митохондриальных комплексов в паузах между воздействиями. Ожидается, что новый миметик воспроизведёт физиологический механизм, согласующий синтез субъединиц в цитоплазме и митохондриях: когда восстановительный синтез белка в цитоплазме ограничен, митохондриальная трансляция временно и умеренно снизится. Для проверки этого принципа подходит обратимое воздействие на аппарат митохондриальной трансляции, ограниченное мышечной тканью. Согласно гипотезе, восстановление правильной сборки должно стабилизировать SPV_8, даже если общее количество мышечного белка остаётся недостаточным.

Общий объём синтеза при этом дополнительно уменьшится. Зависимость будет иметь оптимум: чрезмерное подавление обоих аппаратов синтеза ухудшит функцию. Если подтверждённое восстановление соотношения субъединиц и сборки комплексов не восстановит переносимость миметика и его пользу, гипотеза будет опровергнута.

Одновременно абсолютное количество образующихся ошибочных пептидов уменьшится, и они будут реже включаться в белковые комплексы. Решающим результатом будет исчезновение преимущества блокады, если точность трансляции повысится, а объём синтеза восстановится. Повышение точности трансляции при восстановленном объёме синтеза также позволит безопасно восстановить мышечную массу. Если точность трансляции восстановлена, но блокада синтеза по-прежнему необходима, гипотеза о предложенном механизме будет опровергнута.

При одинаковом дефиците мышечного белка степень утраты эффекта продления жизни будет зависеть от величины механической нагрузки и исходной протяжённости дефектов. В изолированных мышцах редкие сокращения с высокой пиковой силой вызовут большее распространение дефектов, чем частые слабые сокращения с сопоставимой суммарной работой. В организме ограничение пиковых нагрузок при сохранении обычной активности частично восстановит пользу миметика голодания, хотя синтез белка останется подавленным. Отсутствие зависимости роста дефектов от локального механического напряжения и их исходного размера опровергнет гипотезу о применимости этого механизма к мышечной ткани.

Восстановление существующих белков мышц может сохранить продлевающее жизнь действие рапамицина, даже когда новые белки не синтезируются даёт другое предсказание: Предварительное повышение активности фермента PCMT1 сохранит функцию мышц и способность миметика голодания продлевать жизнь, даже если синтез новых белков останется подавленным, а белковая масса не восстановится. Каталитически неактивный PCMT1 такого эффекта не даст. Восстановление функции будет сопровождаться уменьшением изоаспартильных повреждений именно в ранее меченных белках. Если эти повреждения устранены, но нарушения функции и снижение выживаемости сохраняются, результат ослабит гипотезу о действии PCMT1 по сравнению с механической или митохондриальной гипотезой.