À mesure que nous vieillissons, nos muscles deviennent progressivement plus petits, plus faibles et moins capables de guérir après une blessure. Dans une nouvelle étude, des chercheurs de l’UPMC et de l’Université de Pittsburgh ont identifié un important médiateur de la jeunesse dans le muscle de la souris, une découverte qui pourrait faire progresser les thérapies de régénération musculaire pour les personnes âgées.
Publié le 6 décembre 2021 dans Vieillissement naturel, l’étude démontre que des navettes circulantes appelées vésicules extracellulaires, ou EV, fournissent des instructions génétiques pour la protéine de longévité connue sous le nom de Klotho aux cellules musculaires. La perte de la fonction musculaire et la réparation musculaire altérée chez les souris âgées peuvent être provoquées par des véhicules électriques âgés, qui contiennent moins de copies de ces instructions que celles des jeunes animaux.
Les résultats sont une avancée importante pour comprendre pourquoi la capacité des muscles à se régénérer diminue avec l’âge.
Fabrisia Ambrosio, Ph.D., directrice de la réadaptation à l’UPMC International et professeure agrégée de médecine physique et de réadaptation à l’Université de Pittsburgh. Crédit : UPMC
“Nous sommes vraiment enthousiasmés par cette recherche pour plusieurs raisons”, a déclaré l’auteur principal Fabrisia Ambrosio, Ph.D., directrice de la réadaptation pour UPMC International et professeure agrégée de médecine physique et de réadaptation à Pitt. «D’une certaine manière, cela nous aide à comprendre la biologie de base du fonctionnement de la régénération musculaire et de son échec à mesure que nous vieillissons. Ensuite, en passant ces informations à l’étape suivante, nous pouvons envisager d’utiliser des vésicules extracellulaires comme thérapeutique pour contrer ces défauts liés à l’âge.
La nouvelle étude s’appuie sur des décennies de recherche montrant que lorsque de vieilles souris reçoivent du sang de jeunes souris, les caractéristiques de la jeunesse sont restaurées dans de nombreuses cellules et tissus. Mais jusqu’à présent, il n’était pas clair quels composants du sang jeune confèrent ces effets rajeunissants.
“Nous nous sommes demandé si les vésicules extracellulaires pourraient contribuer à la régénération musculaire, car ces courriers voyagent entre les cellules via le sang et d’autres fluides corporels”, a déclaré l’auteur principal Amrita Sahu, Ph.D., stagiaire postdoctorale au Département de médecine physique et de réadaptation de Pitt. “Comme un message dans une bouteille, les véhicules électriques fournissent des informations aux cellules cibles.”
Ambrosio et son équipe ont collecté du sérum, la fraction de sang qui reste après avoir retiré les cellules sanguines et les facteurs de coagulation, de jeunes souris et l’ont injecté à des souris âgées présentant des lésions musculaires. Les souris qui ont reçu du sérum jeune ont montré une régénération musculaire et une récupération fonctionnelle améliorées par rapport à celles qui ont reçu un traitement placebo, mais les propriétés réparatrices du sérum ont été perdues lorsque les véhicules électriques ont été retirés, indiquant que ces vésicules médient les effets bénéfiques du sang jeune.
En approfondissant, les chercheurs ont découvert que les véhicules électriques fournissent des instructions génétiques, ou ARNm, codant la protéine anti-vieillissement Klotho aux cellules progénitrices musculaires, un type de cellule souche qui est important pour la régénération du muscle squelettique. Les véhicules électriques collectés sur de vieilles souris portaient moins de copies des instructions pour Klotho que celles provenant de jeunes souris, incitant les cellules progénitrices musculaires à produire moins de cette protéine.
Amrita Sahu, Ph.D., boursière postdoctorale au Département de médecine physique et de réadaptation de l’Université de Pittsburgh. Crédit : UPMC
Avec l’âge, le muscle ne guérit pas aussi bien après les dommages, car le tissu cicatriciel se dépose au lieu de restaurer la structure musculaire d’origine. Dans des travaux antérieurs, Ambrosio et son équipe ont montré que Klotho est un régulateur important de la capacité de régénération des cellules progénitrices musculaires et que cette protéine diminue avec l’âge.
La nouvelle étude montre pour la première fois que les changements liés à l’âge dans la cargaison des véhicules électriques contribuent à l’épuisement du Klotho dans les cellules souches âgées, suggérant que les véhicules électriques pourraient être développés en de nouvelles thérapies pour la guérison des tissus musculaires endommagés.
« Les véhicules électriques peuvent être bénéfiques pour stimuler la capacité de régénération musculaire chez les personnes âgées et améliorer la récupération fonctionnelle après une blessure », a déclaré Ambrosio, qui est également membre du Pitt’s McGowan Institute for Regenerative Medicine. “L’une des idées qui nous passionne vraiment est de concevoir des véhicules électriques avec des cargaisons spécifiques, afin que nous puissions dicter les réponses des cellules cibles.”
Au-delà des muscles, les véhicules électriques pourraient également aider à inverser d’autres effets du vieillissement. Des travaux antérieurs ont démontré que le sang jeune peut améliorer les performances cognitives des souris âgées. Ambrosio et le coauteur Radosveta Koldamova, MD, Ph.D., professeur de santé environnementale et professionnelle à la Graduate School of Public Health de Pitt, ont obtenu une subvention pour explorer le potentiel des véhicules électriques pour inverser les déclins cognitifs liés à l’âge.
Référence : « Régulation de la régénération des muscles squelettiques âgés par les vésicules extracellulaires circulantes » par Amrita Sahu, Zachary J. Clemens, Sunita N. Shinde, Sruthi Sivakumar, Abish Pius, Ankit Bhatia, Silvia Picciolini, Cristiano Carlomagno, Alice Gualerzi, Marzia Bedoni, Bennett Van Houten, Mita Lovalekar, Nicholas F. Fitz, Iliya Lefterov, Aaron Barchowsky, Radosveta Koldamova et Fabrisia Ambrosio, 6 décembre 2021, Vieillissement naturel.
DOI : 10.1038 / s43587-021-00143-2
Les autres chercheurs de l’étude étaient Zachary J. Clemens, Sunita N. Shinde, Sruthi Sivakumar, Abish Pius, Bennett Van Houten, Ph.D., Mita Lovalekar, Ph.D., Nicholas F. Fitz, Ph.D., Iliya Lefterov, MD, Ph.D., et Aaron Barchowsky, Ph.D., tous de Pitt ; Ankit Bhatia de l’Université Carnegie Mellon ; et Silvia Picciolini, Ph.D., Cristiano Carlomagno, Ph.D., Alice Gualerzi, Ph.D., et Marzia Bedoni, Ph.D., tous de l’IRCCS Fondazione Don Carlo Gnocchi.
Cette recherche a été soutenue par les National Institutes of Health (NIA R01AG052978, NIA R01AG061005, NIA R01AG066198-01, R33 ES025606-05 et NIH 1S10OD01942-01) et UPMC Enterprises.