Что такое MGF

Механо-ростовой фактор, обычно сокращаемый как MGF и также известный под официальным обозначением IGF-1Ec у людей или IGF-1Eb у грызунов, является сплайс-вариантом гена инсулиноподобного фактора роста-1, который экспрессируется локально в мышечной ткани в ответ на механический стресс и повреждение. В отличие от системного изоформа IGF-1Ea, продуцируемого преимущественно печенью и циркулирующего в кровотоке, MGF образуется непосредственно в нагруженной или повреждённой мышце как аутокринный и паракринный сигнал. Его открытие показало, что ген IGF-1 производит функционально различные локальные факторы роста посредством альтернативного сплайсинга мРНК, коренным образом изменив наше понимание того, как мышцы адаптируются к механической нагрузке.

Открытие и разработка

Открытие MGF стало результатом исследований, проводившихся в середине 1990-х годов Джеффри Голдспинком и коллегами, которые изучали, как скелетные мышцы реагируют на механическую перегрузку на молекулярном уровне. Анализируя транскрипты мРНК IGF-1 в растянутых и нагруженных мышцах, они обнаружили, что альтернативный сплайсинг пре-мРНК IGF-1 с участием экзонов 4, 5 и 6 генерирует новый изоформ с отличительным C-концевым удлинением. Этот изоформ специфически усиленно экспрессировался в мышцах, подвергшихся механическому стрессу, что и дало ему название Mechano Growth Factor. Первоначальные работы по клонированию и секвенированию, опубликованные в исследованиях Yang и McKoy в конце 1990-х годов, установили, что экспрессия мРНК MGF носит транзиторный характер: она появляется в течение нескольких часов после механической нагрузки и снижается до того, как возрастает экспрессия IGF-1Ea, что свидетельствует о специфической роли в ранней фазе адаптации мышц.

Молекулярная структура

Молекулярная структура MGF отражает его происхождение как альтернативно сплайсированного продукта гена IGF-1. Ген IGF-1 человека содержит шесть экзонов, и различные их комбинации посредством альтернативного сплайсинга продуцируют различные транскрипты мРНК. Транскрипт MGF содержит вставку из 49 пар оснований из экзона 5, отсутствующую в транскрипте IGF-1Ea. Эта вставка вызывает сдвиг рамки считывания, генерирующий уникальную C-концевую пептидную последовательность домена E. Синтетический пептид MGF, используемый в исследованиях, соответствует этой уникальной 24-аминокислотной C-концевой последовательности, специфичной для Ec-сплайс-варианта. Это критически важный структурный момент: MGF как исследовательский пептид относится к этому уникальному C-концевому фрагменту, а не к полноразмерному про-IGF-1Ec белку. Синтетический 24-аминокислотный пептид лишён зрелой 70-аминокислотной последовательности IGF-1 и поэтому не связывается с рецептором IGF-1 через классический интерфейс связывания.

Механизм действия

Механизм действия MGF сосредоточен на его уникальной способности активировать клетки-сателлиты скелетной мышцы. Клетки-сателлиты — резидентные стволовые клетки скелетной мышцы, обычно пребывающие в состоянии покоя между сарколеммой и базальной пластинкой зрелых мышечных волокон. Когда мышца повреждается в результате нагрузки или травмы, эти клетки должны активироваться для вхождения в клеточный цикл, пролиферации и последующей дифференцировки и слияния с целью восстановления или увеличения существующих волокон или создания новых. Исследования показали, что MGF является мощным активатором процесса активации клеток-сателлитов, функционируя в качестве начального сигнала, переводящего клетки-сателлиты из состояния покоя в клеточный цикл. Это отличается от роли зрелого IGF-1, который преимущественно стимулирует последующую пролиферацию и дифференцировку уже активированных клеток-сателлитов.

Результаты клеточных исследований

Иммуногистохимические исследования локализовали экспрессию белка MGF преимущественно в цитоплазме мышечных клеток, при этом в некоторых типах клеток, включая хондроциты пластинки роста, иногда наблюдалась ядерная локализация. Эта картина субклеточного распределения привела к предположению, что MGF может оказывать часть своих эффектов через интракринные механизмы, потенциально взаимодействуя с ядерными мишенями, а не с рецепторами на поверхности клетки. Исследования с использованием синтетического 24-аминокислотного пептида MGF дали неоднозначные результаты в системах клеточных культур. Хотя в некоторых исследованиях были продемонстрированы эффекты активации и пролиферации клеток-сателлитов, в примечательном исследовании 2010 года было обнаружено, что синтетический MGF в концентрациях до 500 нанограммов на миллилитр не стимулировал пролиферацию в клетках C2C12, первичных миобластах или изолированных сателлитных клетках мыши, в отличие от полноразмерного белка IGF-1Ec или зрелого IGF-1, которые были эффективны. Это расхождение подняло важные вопросы о том, воспроизводит ли синтетический C-концевой пептид сам по себе полную биологическую активность эндогенного сплайс-варианта MGF.

За пределами скелетной мышцы

Исследования MGF выходят за рамки скелетной мышцы. Экспрессия MGF была обнаружена в сердечной ткани после ишемического повреждения, что свидетельствует о кардиопротекторной и регенеративной ролях. Доклинические исследования на крысиных моделях инфаркта миокарда показали, что введение MGF способно снижать гибель клеток, улучшать миграцию стволовых клеток в повреждённую область, ослаблять неблагоприятное ремоделирование сердца и улучшать гемодинамические показатели. Экспрессия MGF также идентифицирована в повреждённых сухожилиях и костной ткани, что указывает на более широкую роль в восстановлении опорно-двигательного аппарата.

Возрастное снижение

Важным аспектом исследований MGF является возрастное снижение его экспрессии. Исследования показали, что мышечная ткань пожилых лиц демонстрирует значительно сниженный мРНК-ответ MGF на механическую нагрузку по сравнению с молодой мышцей. Нарушенная экспрессия MGF может вносить вклад в хорошо задокументированное снижение регенеративной способности мышц и функции клеток-сателлитов, происходящее с возрастом. Идея о том, что дополнительный приём MGF может компенсировать этот возрастной дефицит, стимулировала интерес к MGF как потенциальному средству при саркопении, хотя на данный момент это применение остаётся теоретическим.

Клиническая разработка и безопасность

Клинический статус разработки MGF остаётся на доклинической стадии. Никаких официальных клинических испытаний ни с синтетическим MGF-пептидом, ни с генотерапевтическими конструкциями, экспрессирующими MGF-сплайс-вариант, проведено не было. Существенной проблемой для клинической трансляции является вопрос о том, обладает ли изолированный C-концевой пептид достаточной биологической активностью или же для значимых терапевтических эффектов требуется полноразмерный про-IGF-1Ec белок. Быстрая деградация нативного MGF в сыворотке крови, с периодом полувыведения, измеряемым минутами, создаёт дополнительные фармакокинетические сложности для терапевтической разработки. Именно это ограничение стабильности напрямую привело к разработке PEG-MGF как подхода для увеличения функционального периода полувыведения пептида.

Профиль безопасности MGF характеризуется прежде всего отсутствием зафиксированных нежелательных эффектов в ограниченных доклинических исследованиях, проведённых на сегодняшний день. Очень короткий период полувыведения пептида фактически является фактором безопасности, поскольку любые нежелательные эффекты будут самоограниченными. Исследования клеточных культур не выявили цитотоксичности при обычно используемых концентрациях. Тем не менее, ограниченный масштаб данных о безопасности означает, что полный профиль риска MGF остаётся слабо охарактеризованным. Потенциальные теоретические опасения включают непреднамеренную стимуляцию клеток-сателлитов или клеток-предшественников в нецелевых тканях, а неопределённый механизм действия C-концевого пептида поднимает вопросы о том, на какие ещё биологические процессы он может влиять. MGF классифицируется исключительно как исследовательское соединение и не одобрен для терапевтического применения у людей.