8. august 2022

Forskere knækker signalkoden til muskeldannelse

Protein

Muskeltab er problematisk specielt blandt ældre patienter på hospitaler. Det besværliggør behandling og genoptræning og kan derfor resultere i tabt livskvalitet efter udskrivelse. Men nu har forskere fra Københavns Universitet identificeret et protein, som kroppen bruger til at øge sin muskelmasse, og er tilmed lykkedes med kunstigt at aktivere det.

Ældre mand træner
"Det lange og spændende perspektiv er, at vi kan overudtrykke genet med den perfekte medicin og på den måde kunstigt få muskler til at vokse, uden at de rent faktisk skal bruges,” siger professor Simon Bekker-Jensen.

Der skal ikke mere end nogle få dages immobilitet til, før dine muskler svinder mærkbart ind. Det er problematisk specielt i hospitalspraksis, hvor immobilitet ofte følger med en indlæggelse. Vejen til at genvinde tabt muskelmasse bliver desuden stejlere, som du ældes – med tiden så stejl, at der er risiko for aldrig at genvinde styrken fra før indlæggelse.

Nu kan der imidlertid være håb på vej for kunstigt at vedligeholde, eller tilmed opbygge, muskelmasse. Selv på mennesker, der ikke er i stand til at røre sig. Et internationalt forskerhold med Center for Sund Aldring i spidsen er nemlig lykkedes med at identificere den kropslige mekanisme, der fortæller musklerne, at de bliver brugt.

Studiet er netop blevet udgivet i det anerkendte tidsskrift EMBO Journal. Det har kortlagt den kropslige proces ved muskelkontraktion, altså når en muskel arbejder hårdt i korte intervaller, og udpeget det konkrete signal, som får kroppen til at danne muskler.

”Den puslespilsbrik, vi har fundet, er ZAK-beta-proteinet, som signalerer muskelkontraktion. Vi har altså fundet det protein, som fortæller musklen, at den er i gang med at arbejde, og den sensor, som fortæller kroppen at der bliver arbejdet, og at det slid skal omdannes til muskler,” siger lederen af forskerholdet, professor Simon Bekker-Jensen fra Center for Sund Aldring.

Muskeltab spøger på hospitalerne

I praksis er muskeltab blandt indlagte på hospitaler en problematisk forlængelse af at være sengeliggende. Den immobilitet, som ofte følger med en indlæggelse, besværliggør nemlig at komme på benene igen efter udskrivelse.

”Muskeltab hos indlagte patienter er et stort problem i praksis, og det kan påvirke patienterne lang tid efter udskrivelse,” siger Charlotte Suetta, som er professor ved Københavns Universitet, centerleder på CopenAge, samt overlæge på Geriatrisk Forskningsenhed på Bispebjerg-Frederiksberg og Gentofte-Herlev Hospital.

”Tab af muskelmasse fører til nedsat fysisk funktion, og derfor har det stor betydning for den enkeltes livskvalitet.”

Ifølge Charlotte Suetta går muskeltab ved immobilisering overraskende stærkt. Hos raske personer mindskes muskelfiberarealets tværsnit med cirka 10% ved kun fire dages immobilitet. Tabet er endnu større, hvis man er akut syg og eksempelvis har brug for respiratorbehandling, som det var tilfældet under COVID-pandemien. 

Desuden har patientens alder betydning for, hvor hurtigt det går med at komme på benene igen.

”Muskeltab rammer både unge og ældre, men de yngre patienter har lettere ved at genopbygge muskelmassen, mens det er et noget større arbejde for de ældre patienter efter udskrivelse. Derfor er der også langt større risiko for, at de ældre ikke genvinder den fysiske funktion, de havde forud for indlæggelsen,” siger Charlotte Suetta.

Genmutation genskabt i mus

Fundet af ZAK-beta-proteinet er blevet til på baggrund af en utroligt sjælden udgave af muskelsvækkelse (myopati). I alt er der fundet 6 myopati-patienter med denne mutation på verdensplan. De mangler alle det gen, som producerer ZAK-beta-proteinet i musklen.

”Nervesignalerne til hjernen, når en muskel bliver brugt, var velkendt i forvejen. Men musklen selv har også brug for at vide, hvordan og hvor meget den bliver brugt, for det har stor betydning for de processer, som egentlig ændrer musklerne. Det er den nye mekanisme, vi har fundet med ZAK-beta-proteinet,” fortæller ph.d.-studerende Cathrine Nordgaard, som er førsteforfatter på studiet.

For at undersøge ZAK-beta-proteinets betydning for muskeldannelse genskabte forskerne derfor mutationen fra de seks myopati-patienter i mus.

Forskerholdet testede manglen på proteinet ved at bedøve mus med denne mutation, og derefter sende elektriske impulser ind på specifikke nerver af et ben, som fik det til at yde, hvad der svarer til 10 minutters intens træning.

Herefter analyserede og sammenlignede forskerne data fra musklen med biomarkører for muskeldannelse.

”Vi kunne se, at musklen havde brugt al sit lagrede sukker, altså energien. Men i de mus uden ZAK-beta-proteinet, skete der ikke noget i biomarkøren for muskeldannelse. De kunne sagtens bruge musklen, men musklen opdagede simpelthen ikke, at den blev brugt. Arbejdet blev ikke oversat til den proces, vi ved er krævet for muskeldannelse,” siger Cathrine Nordgaard.

Et ’bodybuilderprotein’

Den indsigt i processen bag muskeldannelse, som forskerne netop har offentliggjort i deres studie, har dermed betydelige sundhedsmæssige perspektiver. Ikke mindst fordi fundet potentielt kan bruges til at modvirke netop muskeltab i fremtiden, hvilket kan komme immobile patienter til gode.

Simon Bekker-Jensen fortæller, at de gennem studiet har gjort forsøg med at overudtrykke ZAK-beta-proteinet i specifikke muskelfibre på immobile mus, og at det øgede fibrenes tværsnitsareal med 50%, helt uden at musene bevægede sig.

”Det gjorde vi ved at åbne musklen og sprøjte små dråber af genet, som koder for ZAK-beta-proteinet, ind i den og derefter danne et elektrisk felt om musklen. Det vil dog være meget indgribende på en patient. Så det lange og spændende perspektiv er, at vi kan overudtrykke genet med den perfekte medicin og på den måde kunstigt få muskler til at vokse, uden at de rent faktisk skal bruges,” siger han.

Der er derfor udsigt til, at ZAK-beta kan bruges som et ’bodybuilderprotein,’ der kan bibeholde eller opbygge muskelmasse selv på mennesker, der er immobile.

Forskerholdet ønsker derfor nu at undersøge, hvordan mus reagerer, hvis de lever hele deres liv med ZAK-beta-proteinet på overarbejde. Det hidtidige arbejde har været støttet af Lundbeckfonden, mens den videre forskning er allerede finansieret gennem støtte fra Novo Nordisk Fonden.

”Hvis vi kan overudtrykke dette signalprotein, og det kun er positivt for musklens størrelse og vækst, så vil det næste skridt være at begynde arbejdet på at skabe et lægemiddel, som kunstigt kan aktivere den her muskeldannelsesmekanisme. Det tror jeg bestemt ikke er umuligt, men det vil nok tage en årrække at nå dertil,” siger Simon Bekker-Jensen.

Læs hele artiklen “ZAKb is activated by cellular compression and mediates contraction-induced MAP kinase signaling in skeletal muscle” her.


Kontakt

Professor Simon Holst Bekker-Jensen
+45 35 32 50 24
sjb@sund.ku.dk

Kommunikation og Outreachkonsulent Thomas Sten Pedersen
+45 29 24 20 03
thomas.sten.pedersen@sund.ku.dk

Emner