Эволюция движения определила ключевые белки для прочности и регенерации костей

Международное исследование раскрыло, как эволюция и модели передвижения, такие как прямохождение, сформировали структуру костей через белки костного матрикса. Результаты работы, проведённой учёными из Университета Турку, Автономного университета Барселоны (UAB) и Университета Рамон Льюль (URL), важны для понимания хрупкости и регенерации костей и могут помочь в разработке биоматериалов, вдохновлённых естественной адаптацией скелета.

Эволюционные механизмы и адаптация костей

Исследование проливает свет на эволюционные механизмы, лежащие в основе механоадаптации костей, и выделяет несколько семейств белков, потенциально участвующих в ремоделировании костной ткани. Работа была опубликована в журнале Communications Biology под руководством исследователей Пере Пуигбо из UAB и Михо Накамуры из Университета Турку.

Кости позвоночных постоянно ощущают и реагируют на механические силы — явление, известное как механоадаптация. Новое исследование показывает, что эта способность формировалась не только биомеханикой, но и миллионами лет эволюционного давления, связанного с локомоцией. Виды с разными моделями передвижения демонстрируют отчётливые эволюционные сигнатуры в генах и белках, связанных с восприятием нагрузки и ремоделированием скелета.

«Эти результаты указывают на то, что эволюция локомоции сыграла важную роль в формировании молекулярного механизма механоадаптации костей», — говорит профессор Пере Пуигбо.

Двумя из таких решающих моментов стали переход позвоночных из воды на сушу, что увеличило давление на конечности, и возникновение прямохождения у людей, которое перераспределило нагрузку между руками и ногами.

Ключевые белки и будущие исследования

Исследование идентифицирует несколько неколлагеновых белков костного матрикса, которые могут выступать ключевыми регуляторами механотрансдукции — многие из них ранее получали ограниченное внимание в исследованиях скелета. Эти открытия дают новое понимание того, как костные клетки обнаруживают и реагируют на силы, и как эти механизмы эволюционировали у позвоночных.

«С точки зрения клеточной биологии наша работа указывает на важные, но недооценённые белки, которые могут быть центральными для ремоделирования костей», — говорит профессор Михо Накамура.

Результаты важны для понимания регенерации костей, их хрупкости и остеопороза. Исследование выделяет несколько неколлагеновых белков, включая Фетуин-А, который контролирует минерализацию и предотвращает аномальное кальцифицирование. Консервативная роль Фетуина-А ключева для поддержания здоровья костей и может влиять на риск остеопороза, балансируя процессы образования и разрушения костной ткани.

На основе этих открытий исследовательская группа Phylobone, координируемая обоими учёными и чья миссия — изучать регенерацию костей в свете эволюции, исследует, как такие белки управляют скелетной адаптацией и ремоделированием костей.