Keď sa povie hibernácia, mnohým z nás sa vybaví zimný spánok medveďa alebo veveričky. S týmto zvláštnym fyziologickým javom sa spája aj úspora energie v období, keď je vonku chladno a potravy je málo. Hibernácia však nerieši len úsporu kalórií – naučí nás aj niečo o tom, ako organizmy dokážu udržiavať životné funkcie v extrémnych podmienkach. Najnovší výskum naznačuje, že škrečky počas hibernácie chránia svoje svalové bunky tak, že dočasne vypínajú ich schopnosť regenerovať sa. Tento fenomén môže mať význam aj pre liečbu ľudských problémov so svalovou atrofickou stratou počas choroby či dlhodobej neaktivity.
U ľudí, ale aj u mnohých zvierat, ktoré nezapadajú do kategórie hibernátorov, vedie dlhodobo obmedzená fyzická aktivita spravidla k ochabnutiu svalov. Tento proces sa nazýva svalová atrofia a je typickým príznakom dlhodobého ležania v posteli, staroby alebo choroby. Bežne sa svalové bunky rozpadávajú rýchlejšie, než sa dokážu obnovovať, a výsledkom je strata sily aj funkcie.
Svalová regenerácia u zdravých jedincov prebieha pomocou špeciálnych kmeňových buniek nazývaných satelitné bunky. Tie sa aktivujú pri poškodení svalov a zabezpečujú ich opravu. Pri dlhodobej nečinnosti alebo chorobe je však ich aktivácia oslabená, čo prispieva k postupnému úbytku svalovej hmoty.
Výskumný tím z Hiroshima University skúmal, ako škrečky (Mesocricetus auratus) dokážu prežiť dlhé obdobie hibernácie bez toho, aby utrpeli výraznú svalovú úbytok. Ukázalo sa, že počas hibernácie ich svalové kmeňové bunky zostávajú nažive, no zároveň sa neaktivujú a nespracúvajú regeneráciu rovnako ako za normálnych podmienok.
Satelitné bunky škrečkov sú počas hibernácie vystavené nízkym teplotám a nízkemu metabolickému stavu („torpor“). Namiesto toho, aby sa zapájali do nákladných procesov regenerácie svalovej hmoty, zostávajú v stave „bezpečia“, kde prežívajú, ale nie aktívne regenerujú svalové tkanivo. Takýto mechanizmus je pravdepodobne energeticky úsporný a umožňuje prežitie celej hibernácie bez nutnosti spotrebovať energiu na obnovu svalov, ktorá by inak vyčerpal obmedzené zdroje energie.
Podrobné analýzy ukazujú, že satelitné bunky škrečkov počas chladných fáz hibernácie produkujú viac antioxidantu glutathion peroxidáza 4 (GPX4), ktorý chráni bunky pred oxidačným stresom a inhibuje typ programovanej bunkovej smrti nazývaný ferroptóza. Vďaka tomu zostávajú bunky nažive aj pri extrémne nízkych teplotách.
Zároveň sa počas hibernácie mení expresia génov zodpovedných za procesy svalovej tvorby (myogenézy). Tie sú stlmene, čo vedie k tomu, že satelitné bunky sa neaktivujú do procesu regenerácie a neprejdú do fázy diferenciácie, ktorá by vedie k tvorbe nových svalových vlákien.
Potlačenie regenerácie svalov pri hibernácii má jasný evolučný význam. Regenerácia je energeticky náročná. Pre organizmus, ktorý je v stave extrémne nízkej telesnej teploty a metabolizmu, je úspora energie dôležitá pre prežitie. Namiesto toho, aby sa bunky snažili opravovať poškodené vlákna, ako by to robili za bežných podmienok, zostávajú v stave „spiacich“ buniek, ktoré sú pripravené znova sa aktivovať po návrate k normálnemu životu.
Tento spôsob ochrany svalových buniek sa môže javiť ako paradoxný: svaly nezačnú okamžite regenerovať po poškodení, no zároveň sa ani nerozpadávajú. V konečnom dôsledku tak organizmus prežije zimné obdobie s minimálnymi stratami svalovej hmoty.
Keď sa teplota tela škrečkov zvýši po skončení hibernácie a metabolizmus sa obnoví, satelitné bunky opäť získajú schopnosť aktivácie. Postupne sa vracia aj ich schopnosť regenerovať svaly, takže organizmus dokáže repair poškodené alebo oslabené tkanivá.
Tento návrat do normálneho režimu regenerácie je kľúčový pre to, aby zviera mohlo opäť vytvárať svalovú hmotu, získavať silu a obnovovať funkčnosť pohybového aparátu.
Poznatky z tohto výskumu môžu mať potenciálne uplatnenie aj pre ľudí. Svalová atrofia spôsobená dlhodobou ležaním v posteli, ochorením alebo dokonca starnutím je vážnym klinickým problémom. Ak by vedci pochopili, ako hibernátori potláčajú regeneráciu, no zároveň udržiavajú svalové bunky nažive, možno by sa to dalo využiť na nové terapeutické stratégie, ktoré by pomáhali udržiavať svalovú funkciu pri dlhodobej nečinnosti či chorobe.
Takéto poznatky by mohli viesť k novým liečebným postupom alebo liekom, ktoré by spomalili svalovú atrofiu u pacientov, ktorí musia dlho ležať, alebo pri liečení svalových degeneratívnych ochorení.
Mohlo by ťa zaujímať: Objavovanie nových druhov zažíva zlaté obdobie
Mohlo by ťa zaujímať: Kone dokážu vycítiť ľudský strach: Čo prezrádza nový výskum o pachoch a emóciách
Hibernácia škrečkov odhaľuje, že organizmy dokážu prispôsobiť svoje bunkové procesy tak, aby prežili extrémne podmienky. Namiesto toho, aby sa im svaly rozpadli pri nečinnosti, tieto tvory udržiavajú svalové bunky nažive a potláčajú ich aktiváciu. Toto zistenie otvára dvere pre nové otázky a potenciálne aplikácie v medicíne, v oblasti regenerácie tkanív a starostlivosti o pacientov s obmedzenou pohyblivosťou.
Zdroje inšpirácie:
https://phys.org
https://www.eurekalert.org
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov
