Lihasmuistin molekulaariset mekanismit

Abstract

Luustolihaskudos on tahdonalaista, supistumiskykyistä kudosta, joka mahdollistaa muun muassa liikkumisen. Lisäksi lihaskudoksella on kyky adaptoitua ympäristön ärsykkeisiin esimerkiksi säätelemällä solukokoa. Esimerkki tämän kaltaisesta lihaskokoa kasvattavasta ärsykkeestä on lihaskuntoharjoite. Onkin havaittu, että luustolihassoluilla on muisti niiden aiemmasta koosta. Tämä ilmenee solun kykynä saavuttaa aiempi kokonsa nopeammin toisella altistumisella solukokoa kasvattavalle eli hypertrofiaa aiheuttavalle ärsykkeelle. Tämä muisti tunnetaan termillä lihasmuisti tai lihassolumuisti.

Eniten tutkittu mekanismi lihasmuistin takana on hypertrofian aikana kertyneiden tumien säilyminen lihassoluissa solukoon pienenemisen eli atrofian aikana. Lihassolut sisältävät suuren kokonsa vuoksi satoja tai jopa tuhansia tumia. Kun solukoko kasvaa, uusia tumia kertyy lihassoluihin satelliittisolujen aktivaation, erilaistumisen ja fuusion tuloksena. Satelliittisolut ovat multipotentteja kantasoluja, jotka sijaitsevat lihaskudoksessa. Tumien säilyminen atrofian aikana mahdollistaisi korkeamman transkriptionaalisen aktiivisuuden solussa toisella altistumisella hypertrofiselle ärsykkeelle. Tämä taas johtaisi nopeampaan solukoon kasvuun.

Lihassolun tumien määrän ja lihassolujen koon suhdetta on tutkittu 1960-luvulta asti. Suurin osa aikaisemmista tutkimuksista tukee tumien häviämistä atrofian aikana. Näissä tumien määrän muutosta tarkasteltiin pääasiassa histologisten värjäysten avulla. Osa tutkimuksista tarkasteli myös apoptoottisten markkerien muutoksia vasteena atrofiaan. Näiden menetelmien rajoitteita ovat todellisten lihassolun tumien erottaminen muista kudoksessa havaittavista tumista sekä lihassolun tumien apoptoosin erottaminen yleisestä apoptoosista lihaskudoksessa. Lisäksi histologisin menetelmin ei voida tarkastella tumien menetystä kuin yhdellä ajanhetkellä, ei toiminnallisessa kudoksessa. Myös tutkimuksissa hyödynnetyt atrofiaa ja hypertrofiaa aikaansaavat menetelmät ovat usein radikaaleja ja ne aiheuttavat epänormaaleja muutoksia soluissa.

Uudemmissa tutkimuksissa näitä rajoituksia pyritään eliminoimaan. Näissä tutkimuksissa hyödynnetään esimerkiksi in vivo-värjäystä ja -kuvantamista. Tämä mahdollistaa toiminnallisen kudoksen tarkastelun atrofian edetessä. In vivo- kuvantamista ja -värjäystä hyödyntävät tutkimukset tukevat tumien säilymistä atrofian aikana. Näissäkään tutkimuksissa atrofiaa ja hypertrofiaa aikaansaavat menetelmät eivät kuitenkaan toista ärsykkeitä, joille ihmiset normaalisti altistuisivat. Sen vuoksi vielä uudemmat tutkimukset hyödyntävät hypertrofian indusoimisessa liikuntaa ja atrofian indusoimisessa inaktiivisuutta. Näin saadaan mallinnettua ärsykkeitä, joille ihmiset saattaisivat aikuisiällä altistua. Näiden tutkimusten tulokset tumien säilymisestä atrofian aikana ovat kuitenkin ristiriitaisia.

Viime aikoina lihasmuistin mekanismeja koskeva tutkimus on siirtynyt hypertrofian aikana havaittaviin epigeneettisiin muutoksiin lihassoluissa. Näissä tutkimuksissa keskitytään etenkin metylaatiomuutoksiin, joiden seurauksena havaitaan geeniekspression muutoksia. Näitä muutoksia on havaittu tutkimuksissa sekä ihmisillä että hiirillä. Epigeneettiset muutokset lihassoluissa näyttävät tutkimusten valossa osallistuvan ainakin lyhytaikaiseen lihasmuistiin. Näissä tutkimuksissa on havaittu, että myös muissa lihaskudoksen soluissa havaitaan metylaatiostatuksen muutoksia vasteena hypertrofiaan. Nämä muutokset eivät kuitenkaan ole samanlaisia kuin varsinaisissa lihassoluissa.

Tumien säilymisen roolia lihasmuistissa ei vielä täysin ymmärretä. Viimeaikainen ymmärrys tumien transkriptiokapasiteetin adaptiivisuudesta ja lihassolun epigeneettisistä muutoksista vasteena hypertrofiaan on nostanut esille uusia kysymyksiä lihasmuistiin osallistuvista tekijöistä. Näyttäisi myös siltä, että muut lihaskudoksen solut osallistuvat tähän monimutkaiseen säätelyyn ja muistimekanismiin.