Muskelprotein bremst Wachstum über den mTOR-Signalweg
Muskeln wachsen nicht nur durch Training. Es gibt eine eingebaute Bremse für das Muskelwachstum, und Forschende haben nun geklärt, wie sie funktioniert. Der Befund berührt zudem eines der meistuntersuchten Moleküle in der Alternsforschung.
Wird ein Muskel über längere Zeit gedehnt, reagiert der Körper damit, ihn länger werden zu lassen. Dieser Vorgang wird als longitudinale Hypertrophie bezeichnet. Die zentrale Rolle spielt Titin, das größte bekannte Protein der Wissenschaft. Dieses enorme, federartige Protein in Muskelzellen fungiert als Sensor für mechanische Spannung. Wird Titin gedehnt, sendet es Signale, die die Muskelzelle zur Anpassung und zum Wachstum veranlassen.
In der neuen Studie, die in eLife veröffentlicht und an Ratten und Mäusen durchgeführt wurde, untersuchten die Forschenden, welche Proteine Titin bei der Weiterleitung dieser Signale unterstützen. Dabei stellte sich heraus, dass Muskel-Ankyrin-Repeat-Proteine (MARPs) eine hemmende Rolle spielen. Mäuse ohne MARPs zeigten nach mechanischer Dehnung ein stärkeres longitudinales Wachstum als normale Mäuse.
mTOR: der Schalter
Das verstärkte Wachstum bei MARP-defizienten Mäusen erwies sich als durch mTORC1 vermittelt, einen zentralen Regulator von Zellwachstum und Proteinproduktion. mTORC1 ist zugleich eines der meistuntersuchten Zielmoleküle in der Langlebigkeitsforschung: Seine Hemmung durch Rapamycin verlängert die Lebensspanne in mehreren Tiermodellen. In der vorliegenden Studie wurde die mTORC1-Hemmung mit Rapamycin eingesetzt, um das verstärkte Wachstum bei MARP-defizienten Mäusen zu unterdrücken. Das bestätigt mTOR als den Schalter, der das gesteigerte longitudinale Wachstum antreibt.
Der Befund zeigt, wie MARPs normalerweise eine Bremse auf das mTOR-gesteuerte Muskelwachstum ausüben -- ein Gleichgewicht, das wahrscheinlich funktional ist: Unkontrolliertes longitudinales Wachstum könnte mechanische Probleme im Körper verursachen.
Bedeutung für den Muskelerhalt im Alter
Der altersbedingte Muskelschwund, bekannt als Sarkopenie, ist eine der häufigsten Ursachen für den Verlust der Selbstständigkeit im höheren Lebensalter. Das Verständnis, wie Muskelwachstum auf molekularer Ebene reguliert wird, eröffnet potenzielle Angriffspunkte für künftige Therapieansätze. Die Rolle von Titin und MARP-Proteinen in diesem System war bisher unbekannt. Ob diese Erkenntnisse letztlich in Behandlungen beim Menschen übersetzt werden können, ist noch nicht untersucht und erfordert weitere Belege.
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