Эволюция локомоции определила ключевые белки ремоделирования костей
Международное исследование показывает, как эволюция и типы передвижения, такие как бипедализм, сформировали структуру костей через белки костного матрикса. Результаты важны для понимания хрупкости и регенерации костей и могут помочь в разработке биоматериалов, вдохновлённых естественной адаптацией скелета.
Эволюционные механизмы и адаптация костей
Исследование раскрывает эволюционные механизмы, лежащие в основе механоадаптации костей, и выделяет несколько семейств белков, потенциально вовлечённых в процесс ремоделирования. Работа опубликована в Communications Biology.
Кости позвоночных постоянно ощущают и реагируют на механические силы — это явление известно как механоадаптация. Данное исследование показывает, что эта способность сформировалась не только под влиянием биомеханики, но и миллионов лет эволюционного давления, связанного с локомоцией. Виды с разными типами передвижения демонстрируют различные эволюционные сигнатуры в генах и белках, связанных с восприятием нагрузки и ремоделированием скелета.
«Эти результаты указывают, что эволюция локомоции сыграла главную роль в формировании молекулярного аппарата костной механоадаптации», — говорит профессор Пере Пуигбо.
Двумя ключевыми моментами стали переход позвоночных из воды на сушу, увеличивший давление на конечности, и возникновение бипедализма у людей, перераспределившее 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 которых ранее получали ограниченное внимание в исследованиях скелета.
«С точки зрения клеточной биологии, наша работа указывает на важные, но недооценённые белки, которые могут быть центральными для ремоделирования кости», — 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 патологическую кальцификацию. Его консервативная роль ключева для здоровья костей и может влиять на риск остеопороза, балансируя образование и резорбцию костной ткани.
На основе этих открытий исследовательская группа Phylobone, чья миссия — изучать регенерацию костей в свете эволюции, исследует, как такие белки управляют скелетной адаптацией и ремоделированием.