Ученые разобрались в молекулярных основах «болезни молодых спортсменов»

Гипертрофическая кардиомиопатия — наиболее распространенная генетическая болезнь сердца и ведущая причина внезапной смерти от причин, связанных с сердечно-сосудистыми болезнями среди молодых людей и спортсменов. При этом заболевании диагностируются такие симптомы, как нарушение сердечного ритма, утолщение стенки желудочка сердца. Как правило, больной ощущает одышку, слабость, может упасть в обморок, но почти в трети случаев первое и единственное проявление болезни — внезапная смерть.

Почему наше сердце постоянно бьется? За это отвечают клетки сердечной мышцы. Чтобы держать ритм, они должны работать слаженно, а для этого важна синхронная работа белков. Подобно целому ряду молекулярных моторов, которые включаются и выключаются, эти белки заставляют сердечные клетки сокращаться, а затем расслабляться.

Результаты нового исследования показывают, что это регулирование сокращения сердечной мышцы путем контроля активности белка, называемого миозином, основным сократительным белком сердечной мышцы, — эволюционный механизм, прослеживающийся у разных видов.

Работа международной команды ученых, опубликованная в журнале Circulation, говорит о том, что, если слишком много «молекулярных двигателей» включается, а выключается при этом слишком мало, сердечная мышца начинает чрезмерно сокращаться и, не имея возможности нормально расслабиться, постепенно перенапрягается, утолщается и в конце концов, не справившись, может остановиться.

Миозин инициирует сокращение, связываясь с другими белками, чтобы привести клетку в движение. Ученые нашли самый корень проблемы — дисбаланс в соотношении расположения молекул миозина внутри клеток сердца.

Более раннее исследование, проведенное той же командой, показало, что в нормальных условиях соотношение между «включенными» и «выключенными» молекулами миозина в клетках сердца мыши составляет примерно 2:3. Как оказалось, в клетках сердца, которые несут мутации, связанные с кардиомиопатией, это соотношение не сбалансировано. В них слишком много молекул, готовых вступить в действие, и слишком мало молекул миозина в режиме ожидания, что приводит к более сильным сокращениям и плохой релаксации клеток.

Чтобы выяснить это, ученые провели несколько серий экспериментов. В первой серии они проанализировали клетки сердца, полученные от белок в состоянии зимней спячки, в качестве модели для отражения экстремальных физиологических состояний для сравнения с периодом нормальной активности. В таком состоянии частота их сердечных сокращений замедляется до шести ударов в минуту — и, как оказалось, клетки в это время содержат на 10% больше «выключенных» молекул миозина, чем клетки белок при нормальной активности, когда частота сердечных сокращений составляет у них в среднем 340 ударов в минуту.

Далее ученые проверили гипотезу, рассмотрев клетки сердца мышей из линий с наиболее распространенными видами гипертрофической кардиомиопатии. В них соотношение миозина в активной и неактивной форме также оказалось разбалансированным.

В третьей серии такой же дисбаланс нашли у двух типов человеческих сердечных клеток: полученных из стволовых клеток, сконструированных в лаборатории для переноса мутаций кардиомиопатии, и клеток сердечной мышцы пациентов с этим диагнозом, которым уменьшали толщину стенки желудочка хирургически.

Ни один из современных методов лечения не воздействует на первопричину развития болезни. Врачи работают с симптомами и осложнениями: хирургическим путем уменьшают толщину мышцы, имплантируют кардиостимуляторы, которые запускают сердце, если его электрическая активность прекращается или становится слабой.

Дальнейшие эксперименты показали, как этот дисбаланс нарушал нормальный цикл сокращения и расслабления клеток. Клетки, содержащие кардиомиопатические мутации, с избыточным количеством активированного миозина, сокращались сильнее, но плохо расслаблялись.

В процессе, как показало исследование, эти клетки потребляли чрезмерное количество АТФ — клеточного топлива, которое поддерживает работу каждой клетки в нашем организме.

Исследование показало, что, поскольку кислород необходим для производства АТФ, мутированные клетки поглощают больше кислорода, чем нормальные клетки. По словам ученых, чтобы удовлетворить свои потребности в энергии, эти клетки обратились к расщеплению молекул сахара и жирных кислот, что является признаком изменения метаболизма.

Основная цель работы — разработка препарата для лечения этого состояния. Эксперименты на мышах и человеческих кардиомиопатических клетках показали эффективность терапии, основанной на гипотезе ученых.

Экспериментальное низкомолекулярное лекарственное средство смогло восстановить баланс расположения миозина и нормализовало сокращение и расслабление сердечных клеток — как у мыши, так и у человека. Лечение нормализовало потребление кислорода до нормального уровня.

Если последующие испытания подтвердят эффективность терапии, то ее можно будет применить по крайней мере для двух наиболее распространенных генных мутаций, ответственных почти за половину всех случаев гипертрофической кардиопатии. Данные можно будет задействовать при разработке методов лечения, которые могли бы остановить прогрессирование заболевания и предотвратить осложнения и смерть.