49 аминокислот

Эксперимент.Наращивание мышц

Follistatin

Также известен как: Myostatin Inhibitor

Молекулярная масса
36000.00 Da
CAS
136470-78-5
Пути введения
4

Фоллистатин — природный гликопротеин, выступающий мощным ингибитором миостатина, активина и других представителей суперсемейства TGF-β. Синтезируясь преимущественно в печени, коже и репродуктивных тканях, фоллистатин связывает и нейтрализует миостатин — основной естественный негативный регулятор роста мышц в организме, — фактически снимая «тормоз» с мышечной гипертрофии. Две основные изоформы — FS315 (тканесвязанная) и FS344 (циркулирующая) — различаются по распределению в тканях и по активности. Генная терапия и рекомбинантный фоллистатин продемонстрировали резкий рост мышечной массы в моделях на животных, включая знаменитые эксперименты с «мощными мышами» (mighty mice), показавшие увеличение мышечной массы на 100-200%. Генная терапия фоллистатином вошла в ранние клинические испытания при мышечных дистрофиях.

Только в образовательных и исследовательских целях
Обновлено:Проверить научные источники

Раздел 01

Применение

Мышечная дистрофия

Генная терапия, доставляющая фоллистатин вирусным носителем (AAV), прошла испытания фазы 1/2 при дистрофии Беккера и Дюшенна — наследственных болезнях, разрушающих мышцы. Отмечали улучшение мышечной функции и теста ходьбы за 6 минут.

Люди
Научная формулировка

Генная терапия с использованием AAV-фоллистатина вошла в клинические испытания фазы 1/2 при мышечной дистрофии Беккера и Дюшенна, показав улучшение мышечной функции и результатов теста шестиминутной ходьбы.

Потеря мышечной массы

Фоллистатин изучают при саркопении (возрастной потере мышц), кахексии (истощении при болезнях) и атрофии от неподвижности. Он блокирует миостатин — белок, ограничивающий рост мышц, — способствуя их росту даже при истощающих болезнях.

ЛюдиЖивотныеОграниченные данные
Научная формулировка

Исследования при саркопении, кахексии и атрофии от бездействия. Механизм блокирования миостатина фоллистатином способствует росту мышц даже в катаболических условиях.

Женская фертильность

Баланс между активином и фоллистатином регулирует выработку гормона ФСГ и развитие фолликулов яичника, что важно для лечения бесплодия.

ЖивотныеКлеточные
Научная формулировка

Баланс активина и фоллистатина регулирует секрецию ФСГ и развитие фолликулов, что имеет значение для лечения бесплодия.

Обмен веществ

Увеличение мышечной массы под действием фоллистатина улучшает усвоение глюкозы и чувствительность к инсулину — просто за счёт того, что в организме становится больше активной мышечной ткани.

ЖивотныеКлеточные
Научная формулировка

Вызванное фоллистатином увеличение мышечной массы усиливает утилизацию глюкозы и чувствительность к инсулину за счёт увеличения объёма метаболически активной ткани.

Раздел 02

Механизм действия

Механизм 01

Оборачивает и прячет тормозящие белки

  • Две молекулы фоллистатина обхватывают белок-мишень и закрывают около трети его поверхности.
  • Один из его доменов притворяется рецептором и занимает это место, перекрывая оба типа посадочных площадок.
  • В структуре с миостатином этот домен перестраивается под лиганд, и именно это задаёт избирательность.
  • Это структурные наблюдения и опыты в пробирке, без данных на живых животных.
Научная формулировка

Структурная нейтрализация лигандов рецептора активина типа II

Кристаллография комплекса фоллистатин:активин показывает, что две молекулы фоллистатина охватывают димер лиганда, закрывая около трети его остатков; N-концевой домен фоллистатина принимает укладку, имитирующую универсальный мотив рецептора типа I, и занимает этот сайт, так что оказываются перекрыты поверхности связывания рецепторов и типа I, и типа II. Структура миостатин:фоллистатин-288 добавляет, что этот N-концевой домен конформационно перестраивается, подстраиваясь под миостатин, что, по-видимому, и определяет специфичность антагониста. В бесклеточных анализах очищенный C-концевой димер миостатина связывается с ActRIIB и, слабее, с ActRIIA, а фоллистатин блокирует это связывание. Это структурные наблюдения и данные in vitro.

Механизм 02

Снимает постоянный тормоз с мышцы

  • Миостатин и родственные белки садятся на рецептор ActRIIB и через цепочку передают сигнал в ядро.
  • В мышце грызунов такой сигнал включает ферменты распада белка и ослабляет пути роста.
  • Фоллистатин связывает эти белки и убирает постоянный тормоз, а не добавляет собственный сигнал роста.
Научная формулировка

Утрата сигнала ActRIIB-ALK4/5-Smad2/3 в мышце

Миостатин, активин A и GDF11 связываются с ActRIIB, который рекрутирует и трансфосфорилирует ALK4/ALK5; рецептор типа I затем фосфорилирует Smad2/3, которые олигомеризуются с Smad4 и входят в ядро. В мышце грызунов этот сигнал повышает уровень убиквитинлигаз E3 MuRF1 и MAFbx/atrogin-1, ослабляет сигнализацию Akt/mTOR/p70S6K, снижает экспрессию PGC1-alpha и конкурирует с гипертрофическими Smad1/5/8 за общий Smad4, тогда как Smad7 и SMURF1/2 обеспечивают обратную связь, выключающую сигнал. Связывание лигандов устраняет этот постоянный входящий сигнал, а не добавляет собственный сигнал роста.

Механизм 03

Рост мышц через синтез белка

  • Ген фоллистатина, доставленный вирусом в мышцу мыши, увеличивал массу и силовую способность.
  • Рост шёл вместе с усилением синтеза белка, и блокада этого пути его ослабляла.
  • Эффект сохранялся и у мышей без миостатина, то есть дело не только в снятии его торможения.
  • Это мышиная модель с вирусной доставкой гена, а не введение самого пептида.
Научная формулировка

Синтез белка через Akt/mTOR/S6K под контролем Smad3

Вектор AAV6, экспрессирующий фоллистатин-288 и доставленный в скелетную мышцу мыши, увеличивал мышечную массу и силовую способность наряду с усилением синтеза белка и активацией mTOR; оба эффекта ослаблялись при ингибировании mTOR и делеции S6K1/2. Конститутивно активный Smad3 предотвращал этот рост и подавлял вызванную фоллистатином сигнализацию Akt/mTOR/S6K, помещая Smad3 выше по каскаду этой ветви. Ответ сохранялся при гиперэкспрессии миостатина и у животных с нокаутом миостатина, то есть это не просто снятие подавления миостатином. Модель на мышах, доставка гена вирусным вектором, а не пептидом.

Механизм 04

Блокирует не только миостатин

  • У мышей без миостатина добавление фоллистатина ещё раз удваивало мышечную массу.
  • Значит, он нейтрализует и другие похожие белки — активины и GDF11.
  • У мышей без миостатина прибавка шла и за счёт числа волокон, и за счёт их толщины.
  • Гипертрофия возникала и без участия клеток-спутников, а удаления рецептора в самих волокнах было достаточно.
Научная формулировка

Лиганды помимо миостатина и мышечное волокно как клетка-мишень

Трансген фоллистатина на фоне нокаута миостатина ещё раз удваивал массу мышц, давая мышей с мышечной массой примерно в четыре раза выше нормы, что предполагает нейтрализацию фоллистатином и других лигандов ActRII, таких как активины и GDF11. В этом исследовании прирост при нокауте миостатина складывался как из числа волокон (примерно на 48%), так и из их диаметра (примерно на 19%), тогда как у трансгенных по фоллистатину животных прирост был обусловлен в основном гипертрофией. Блокада пути также вызывала гипертрофию у мышей с отсутствием синдекана-4 или Pax7, без пролиферации, слияния сателлитных клеток или добавления миоядер, и одной лишь делеции Acvr2b, специфичной для мышечного волокна, было достаточно.

Механизм 05

Утаскивает мишени на утилизацию

  • Вариант FS288 цепляется за сахарные структуры на поверхности клетки, а вариант FS315 — нет.
  • В клетках гипофиза крысы FS288 переводил активин на поверхность и ускорял его переваривание внутри клетки.
  • Блокаторы клеточных «мусорных цехов» и гепарансульфат этот эффект отменяли, подтверждая механизм удаления.
  • Тем же способом фоллистатин убирает активин в гипофизе, регулируя выработку гормона ФСГ.
Научная формулировка

Связывание гепаран-сульфата и клиренс лигандов

Сплайс-вариант FS288 с высокой аффинностью связывается с гепаран-сульфатными протеогликанами клеточной поверхности, тогда как FS315 этого не делает. В первичных клетках гипофиза крысы FS288 переносил активин A на поверхность клетки и ускорял его интернализацию и лизосомную деградацию — эффект, устранявшийся гепаран-сульфатом, хлорохином и ингибиторами лизосомных ферментов. Кристаллография показала, что миостатин, связанный с Fst288, создаёт непрерывную электроположительную поверхность с заметно более высокой аффинностью к гепарину, и что обе изоформы усиливают деградацию миостатина. Тот же механизм клиренса активина лежит в основе исходной роли фоллистатина в регуляции ФСГ гипофиза.

Раздел 03

Биологические пути

  1. Структурная нейтрализация лигандов ActRIIПо данным кристаллических структур, две молекулы follistatin окружают димер лиганда, закрывая треть его поверхности; N-концевой домен имитирует мотив рецептора I типа, блокируя связывание миостатина с ActRIIB.
  2. Утрата сигналинга ActRIIB-ALK4/5-Smad2/3В норме миостатин, активин A и GDF11 связываются с ActRIIB, фосфорилируя Smad2/3, повышая MuRF1 и MAFbx, ослабляя Akt/mTOR/p70S6K и снижая PGC1-alpha; follistatin устраняет этот постоянный сигнал атрофии.
  3. Синтез белка Akt/mTOR/S6K под контролем Smad3В мышцах мышей вирусный follistatin-288 повышал синтез белка и активацию mTOR; эффект снимался ингибированием mTOR и делецией S6K1/2, а конститутивно активный Smad3 предотвращал рост и у животных без миостатина.
  4. Клиренс лигандов через гепарансульфатСплайс-вариант FS288 связывается с гепарансульфатными протеогликанами клеточной поверхности и ускоряет интернализацию и лизосомную деградацию активина A в клетках гипофиза, что объясняет его роль в регуляции FSH.

Раздел 04

Информация о дозировке

Аминокислотная последовательность
315 or 344 amino acids (FS315 and FS344 isoforms)
Диапазоны, встречающиеся в экспериментальных работах
Путь / системаКонтекстИсследованный диапазонОграничение
Внутримышечно — ACE-083, фоллистатин-FcРандомизированная фаза 2 при двух мышечных болезнях150–240 мг на мышцу каждые 3 недели, до 5 доз; в контролируемой части — 240 мг на мышцу с двух сторон, в бицепс или переднюю мышцу голениОн сделан так, чтобы оставаться внутри мышцы, и дозируется в миллиграммах на мышцу. Объём вырос более чем на 15% без прироста функции, и в 2019 году программу закрыли.
Внутримышечно — перенос генаИспытания при мышечной дистрофии и миозитеВирус с геном фоллистатина: 3 × 10¹¹ или 6 × 10¹¹ копий/кг на ногу у шести пациентов и 6 × 10¹¹ в обе бедренные мышцы ещё у шестиДоза в копиях гена: дальше мышца сама вырабатывает фоллистатин годами. В количество вводимого белка она не переводится; двенадцать пациентов, все без ослепления.
Внутривенно — трейсер у крысПрослеживание меченой дозы у крыс1 мкг меченого фоллистатина на крысу: уровень в крови упал вдвое за 4,0 минуты, дальше — каждые 130,8 минуты; 9% дозы оказалось в печени за 2 часаЭто метка, а не лечение — и потолок для всего класса: введённый фоллистатин за минуты уходит в печень, поэтому микрограммы не держат никакого уровня.
Подкожно — самостоятельное применениеХодовая практика, флаконы «фоллистатин 344»100 мкг в сутки циклами 10–30 дней — примерно 1,1–1,4 мкг/кг для взрослого 70–90 кг; в ходу также 50–200 мкг в сутки и 2–3 инъекции в неделюХодовая практика, а не результат: у введённого белка фоллистатина человеческой дозы нет вообще, а эти микрограммы в тысячи раз ниже доз из испытаний.
Калькулятор дозировкиМасса · концентрация · объём · U-100

Исходные значения

Параметры расчёта дозировки

Масса вещества по маркировке флакона.

Полный объём добавленного растворителя.

70

По ней и значению мкг/кг вычисляется доза.

мкг/кг

Общая шкала 1–20 мкг/кг. Выберите пептид — подставится его диапазон.

Расчётная доза70 кг × мкг/кг

Результаты

Уровень заполнения шприца (100u)

Пусто
КонцентрацияМасса вещества в одном миллилитре раствора.
Доз во флаконеКоличество полных расчётных доз, округлённое вниз.

Задайте значения для полей: Рекомендуемая доза на 1 кг.

Только для исследований. Эта информация предназначена исключительно для образовательных и исследовательских целей. Не является медицинской консультацией и не предназначена для самолечения.

Раздел 05

Протоколы

Протоколы с участием этого пептида пока отсутствуют. Все протоколы

Раздел 06

Стабильность и хранение

  1. Лиофилизированный материал

    Фоллистатин — крупный гликопротеин, требующий осторожного обращения; лиофилизированную форму хранят при -20 °C или ниже, отдельное хранение при комнатной температуре для порошка не описано. Разводят в стерильном буфере с белком-носителем (0,1% BSA).

  2. После растворения

    Готовый раствор используют в течение 7 дней при хранении при 2-8 °C. Он чувствителен к циклам замораживания-оттаивания, встряхиванию и температурным экстремумам, поэтому повторного замораживания, встряхивания и нагрева избегают.

Раздел 07

Побочные эффекты и меры предосторожности

У фоллистатина ограниченные данные о безопасности у людей.

  1. Теоретические риски, связанные с его биологией

    Сюда относят возможное влияние на репродуктивные гормоны (регуляция активина/ФСГ), на функцию печени и на неконтролируемый рост тканей.

  2. Данные о безопасности из испытаний генной терапии

    Испытания генной терапии показывают приемлемые профили безопасности у пациентов с мышечной дистрофией.

  3. Почему данных всё ещё мало

    Как исследовательское соединение, фоллистатин не имеет полных данных о своих побочных эффектах.

Раздел 08

Регуляторный статус

Follistatin не одобрен как терапевтический белок нигде, а единственная программа генной терапии, созданная для его доставки, так и не продвинулась дальше ранних фаз испытаний — при этом сам белок всё равно запрещён в спорте.
  1. FDA / США

    Не одобрен как белковый терапевтический препарат

    Ни один рекомбинантный или очищенный препарат фоллистатина не имеет одобрения FDA; материал, продаваемый вне клинических исследований, не подпадает под контроль лекарственного производства.

  2. Вектор генной терапии

    Дошёл только до ранних фаз испытаний

    AAV1-FS344 — вирусный вектор, экспрессирующий фоллистатин, — имел орфанный статус при мышечной дистрофии Дюшенна/Беккера и миозите с включениями и завершил дозирование в испытаниях фазы 1/2a к 2017 году (NCT02354781); более поздних фаз с тех пор не регистрировали.

  3. WADA

    Запрещён по категории S4.3

    Фоллистатин добавили в список запрещённых в 2019 году как агент, препятствующий активации рецептора активина IIB, — именно так он блокирует миостатин; запрет действует постоянно для соревнующихся спортсменов.

Программа генной терапии, дошедшая до ранних испытаний, — это не то же самое, что одобренное лечение, и ничего из этого не отменяет запрет в спорте. Регуляторный статус различается по юрисдикциям и меняется со временем — прежде чем опираться на эти сведения, сверьтесь с актуальными документами своего регулятора и спортивной организации.

Раздел 09

Научные исследования

  1. [1]The structure of the follistatin:activin complex reveals antagonism of both type I and type II receptor bindingThompson TB, Lerch TF, Cook RW, Woodruff TK, Jardetzky TS. · Developmental Cell · 2005
  2. [2]The structure of myostatin:follistatin 288: insights into receptor utilization and heparin bindingCash JN, Rejon CA, McPherron AC, Bernard DJ, Thompson TB. · The EMBO Journal · 2009
  3. [3]Regulation of myostatin activity and muscle growthLee SJ, McPherron AC. · Proceedings of the National Academy of Sciences · 2001
  4. [4]Myostatin/Activin Receptor Ligands in Muscle and the Development Status of Attenuating DrugsRodgers BD, Ward CW. · Endocrine Reviews · 2022
  5. [5]Follistatin-mediated skeletal muscle hypertrophy is regulated by Smad3 and mTOR independently of myostatinWinbanks CE, Weeks KL, Thomson RE, et al. · Journal of Cell Biology · 2012
  6. [6]Quadrupling muscle mass in mice by targeting TGF-beta signaling pathwaysLee SJ. · PLoS ONE · 2007
  7. [7]Role of satellite cells versus myofibers in muscle hypertrophy induced by inhibition of the myostatin/activin signaling pathwayLee SJ, Huynh TV, Lee YS, et al. · Proceedings of the National Academy of Sciences · 2012
  8. [8]A novel role of follistatin, an activin-binding protein, in the inhibition of activin action in rat pituitary cells: endocytotic degradation of activin and its acceleration by follistatin associated with cell-surface heparan sulfateHashimoto O, Nakamura T, Shoji H, Shimasaki S, Hayashi Y, Sugino H. · Journal of Biological Chemistry · 1997
  9. [9]Cell-type specific modulation of pituitary cells by activin, inhibin and follistatinBilezikjian LM, Justice NJ, Blackler AN, Wiater E, Vale WW. · Molecular and Cellular Endocrinology · 2012
  10. [10]A phase 1/2a follistatin gene therapy trial for Becker muscular dystrophyMendell JR, Sahenk Z, Malik V, et al. · Molecular Therapy · 2015

Раздел 10

Часто задаваемые вопросы

У мышей генная терапия фоллистатином давала прирост мышечной массы на 100–200% за счёт нейтрализации миостатина (эксперименты с «мощными мышами»), а в испытаниях генной терапии у людей с мышечной дистрофией Беккера она увеличивала дистанцию шестиминутной ходьбы на 58–125 метров. Но это доставка через вирус, который заставляет саму мышцу годами вырабатывать собственный фоллистатин, — это не то же самое, что вводить сам белок. В трассерном исследовании на крысах уровень введённого фоллистатина в крови падал вдвое примерно за 4 минуты и в основном вымывался в печень в течение 2 часов, поэтому за инъекционными препаратами фоллистатина вообще не стоит ни одного испытания дозирования на людях.

В практике самостоятельного применения инъекционного «фоллистатина 344» циркулирует доза около 100 мкг в день на протяжении 10–30 дней, хотя встречаются и варианты 50–200 мкг в день и по две-три инъекции в неделю — ничего из этого не основано на испытаниях на людях. В реальных клинических испытаниях использовали совершенно другие единицы: слитый белок фоллистатин-Fc вводили в дозе 150–240 мг прямо в отдельную целевую мышцу каждые 3 недели, а генная терапия доставляла вирус в дозе 3–6 ×10¹¹ копий на килограмм на ногу. Ни одно из этого не пересчитывается в микрограммовую дозу вводимого нативного белка фоллистатина, потому что такого исследования подбора дозы никогда не проводили.

Для инъекционных пептидных продуктов, продаваемых как фоллистатин, никаких сроков не установлено — нет ни одного испытания инъекционного нативного белка фоллистатина у людей, на которое можно было бы сослаться в вопросе начала действия. Ближайшая точка данных — родственный слитый белок фоллистатин-Fc, который вводили каждые 3 недели до 5 доз в контролируемом испытании: объём мышц за это время вырос более чем на 15%, но без соответствующего прироста силы или функции, и программу закрыли в 2019 году.

Опубликованных данных о том, что фоллистатин вызывает рак, нет, но и данных о безопасности у людей, которые могли бы это исключить, тоже очень мало. Поскольку фоллистатин блокирует активин и другие регулирующие рост сигналы во всём организме, а не только миостатин в мышцах, среди теоретических опасений называют влияние на регуляцию репродуктивных гормонов, функцию печени и неконтролируемый рост тканей. В испытаниях генной терапии при мышечной дистрофии сообщали о приемлемой безопасности, но там речь шла о локальной экспрессии в мышце, а не о системном введении белка, и ни для одного из подходов не проводилось долгосрочного наблюдения за онкологическими рисками.

Фоллистатин как инъекционный белок не одобрен FDA ни для какого применения и продаётся только как исследовательское соединение; версии генной терапии всё ещё находятся на стадии исследования и тестируются под статусом IND FDA для мышечной дистрофии. WADA запрещает его по категории S4.2, «ингибиторы миостатина», для спортсменов как в соревновательный, так и во внесоревновательный период.

Ни одно опубликованное исследование не рассматривало выпадение волос применительно именно к фоллистатину. Его задокументированные эффекты относятся к суперсемейству TGF-β — сигнализации миостатина и активина в мышцах и регуляции активина/ФСГ в гипофизе и репродуктивных тканях, — это другой путь, отличный от андроген-зависимого механизма, который обычно обсуждают применительно к выпадению волос, но фактически это никто не проверял.

В виде лиофилизированного порошка его хранят при -20 °C или ниже — окна хранения при комнатной температуре не описано, что отражает хрупкость этого крупного гликопротеина. Его разводят в буфере с белком-носителем для стабилизации, и после смешивания раствор следует использовать в течение 7 дней при 2–8 °C; повторные циклы заморозки-разморозки, встряхивание и перепады температуры его разрушают.