اولین قدم ها به سمت نقشه کل بدن از پاسخ های مولکولی به ورزش

از کویدون ایرلند

اخبار – آب خیس است. آن را بررسی کنید.

خورشید از مشرق طلوع می کند. آن را بررسی کنید.

ورزش برای شما خوب است. بله: دوباره بررسی کنید.

تحقیقات قویاً تأیید می کند که حرکت عضلات و سوزاندن کالری پیشرفت بیماری را کند می کند، عملکرد شناختی را بهبود می بخشد، سیستم ایمنی را تقویت می کند و میزان مرگ و میر ناشی از همه علل را کاهش می دهد.

اکنون دانشمندان با بررسی اثرات ورزش در سطح مولکولی حتی عمیق‌تر به بررسی تأثیرات ورزش بر انسان و سایر پستانداران می‌پردازند. آنها قصد دارند در کوچکترین مقیاس، اثرات ورزش را آشکار کنند و درک بهتری از نحوه عملکرد بدن در شرایط سلامت و بیماری داشته باشند.

مولکول ها خوشه هایی از اتم ها هستند. آنها کوچکترین واحد یک ترکیب شیمیایی را نشان می دهند که می تواند در یک واکنش شیمیایی شرکت کند. چنین واکنش های شیمیایی در پروتئین ها، کربوهیدرات ها، لیپیدها (چربی ها) و اسیدهای نوکلئیک – “omics” (اجزای سلولی) که عملکرد درونی هر سیستم اندامی را کنترل می کنند.

به نظر می رسد ورزش این اسب های کار مولکولی را به روش هایی تغییر می دهد که درک ناقصی دارند. با این حال، شناسایی چنین تغییراتی بدون در نظر گرفتن سن، جنسیت، ترکیب بدن یا سطح تناسب اندام، مزایای بالینی را برای همه افراد نوید می دهد.

پیدایش MoTrPAC

در اواخر سال 2016، برای درک بیشتر در مورد تغییرات ناشی از ورزش در سطح مولکولی، صندوق عمومی مؤسسه ملی بهداشت شروع به حمایت از تحقیقات گسترده برای ترسیم کوچکترین جزئیات از نحوه کمک ورزش به حفظ بافت ها و سیستم های اندام سالم کرد. این امر منجر به ایجاد یک گروه ملی از کارشناسان برای همکاری به نام کنسرسیوم مبدل های مولکولی فعالیت بدنی (MoTrPAC).

از ابتدا، آزمایشگاه ملی شمال غرب اقیانوس آرام (PNNL) – توسط بیوشیمی‌دانان رهبری می‌شد جاش ادکینز و وی-جون تسین– یکی از مراکز ملی تخصص MoTrPAC در ورزش حیوانات و انسان، تجزیه و تحلیل بیومولکولی و بیوانفورماتیک است. مراکز آنالیز بیومولکولی کنسرسیوم از رویکرد omics برای تجزیه و تحلیل ژن ها، پروتئین ها یا سایر مولکول های زیستی در سطح کل بدن استفاده می کنند. در نهایت، هدف MoTrPAC ایجاد یک نقشه مولکولی از پاسخ های تمرینی در مدل های انسانی و حیوانی است. از ماهیچه تا مولکول، چنین نقشه ای به آشکار شدن چگونگی تأثیر ورزش بر سلامت کمک می کند.

Chian از نقشه برداری مولکولی گفت: “توانایی مشاهده پاسخ های مولکولی گسترده در سراسر اندام های بدن بسیار جالب است.” چنین دانشی می تواند انگیزه قوی برای ورزش باشد.

تاکید بر پروتئومیکس

نقش اصلی PNNL در MoTrPAC بررسی تغییرات ناشی از ورزش در پروتئین ها و تغییرات پس از ترجمه (PTMs) است. پروتئین ها از زنجیره های آمینو اسیدی تشکیل شده اند که به ساختارهای سه بعدی تا می شوند و سپس ساختار و عملکرد بافت ها و اندام ها را تنظیم می کنند. PTMها فرآیندهای پردازشی هستند که عملکرد پروتئین را با تغییر شیمیایی اسیدهای آمینه خاص در یک پروتئین تغییر می دهند. مطالعه تغییرات در تمام پروتئین های قابل تشخیص و PTM آنها در یک نمونه پروتئومیکس نامیده می شود.

ادکینز گفت: «ما از ابتدا در مرکز طراحی مطالعاتی کنسرسیوم با تمرکز بر پروتئومیکس قرار داشتیم. او یک شریک مهم را شناخت: استفن کار و گروه پروتئومیک او در موسسه براد، یک مرکز تحقیقاتی به رهبری دانشگاه هاروارد و MIT.

چالش نقشه برداری

که در بررسی چشم انداز 2020 در دفتر خاطرات سلولادکینز و جیمز سنفورد، دانشمند زیست پزشکی PNNL به سایر نویسندگان همکار پیوست تا “تطابق متقاطع” مولکولی، نوعی تلگراف شیمیایی ناشی از ورزش را در میان بافت های مختلف توصیف کند. این مطالعه همچنین اهمیت ترسیم چنین تبادلات مولکولی را مشخص کرد. این سلول این مقاله همچنین ایده یک مجموعه داده عمومی MoTrPAC را برای کمک به یافتن مکانیسم‌های پنهان پشت مزایای ورزش معرفی کرد. اکنون در حال شکوفایی و رشد است. یکی از تحلیلگران اصلی مجموعه داده ها یک شیمیدان PNNL است پل پیچوسکی.

برای ادکینز، کیان و سایر اعضای تیم PNNL MoTrPAC، تحقیقات پروتئومیکس به ابزارهای آزمایشگاه علوم مولکولی محیطی (EMSL)، یک مرکز کاربری دفتر علوم انرژی وزارت انرژی که در محوطه دانشگاه PNNL قرار دارد، بستگی دارد. قابلیت‌های EMSL شامل مجموعه‌ای از طیف‌سنج‌های جرمی در مدار بالاست. آنها سنجش هایی تولید می کنند که به شناسایی و تعیین کمیت پروتئین ها و سایر مولکول ها از انواع مختلف بافت ها و نمونه ها کمک می کند.

ادکینز گفت MoTrPAC “از نظر وسعت بسیار بزرگ است.” مقیاس کار PNNL به ما امکان می دهد کاری در این اندازه را با کیفیت بسیار بالا و قابلیت تکرار عملیاتی بالا انجام دهیم تور دو نیرو برای تحقیقات پروتئومی قبلاً کارهای کمی در این مقیاس انجام شده است.»

اولین مقاله بزرگ

محققان MoTrPAC از سراسر کشور در این زمینه مشارکت داشتند مطالعه 2 می 2024 در مجله طبیعت. این اولین مقاله مهمی که از کنسرسیوم بیرون آمد، اولین نقشه کل ارگانیسم از پاسخ‌های مولکولی به تمرینات استقامتی را ارائه می‌کند. ارگانیسم مدل آزمایش موش صحرایی بود. موش‌های صحرایی نر و ماده از یک سویه روی تردمیل‌های موتوری برای دوره‌های 1، 2، 4 و 8 هفته‌ای دویدند. به عنوان گروه کنترل، محققان از موش‌های بی‌تحرک و آموزش‌دیده استفاده کردند که برای رابطه جنسی با همتایان آموزش‌دیده خود همسان بودند. در 48 ساعت از هر بازه تمرینی، محققان نمونه‌هایی از خون کامل، پلاسما و 18 بافت جامد را جمع‌آوری کردند و آنها را برای تجزیه و تحلیل فشرده به مراکز omics مانند PNNL پراکنده کردند.

از نمونه های متعدد، ادکینز گفت: “ما می خواهیم ادغام سیستم های اندام را درک کنیم.” نویسندگان می گویند که پاسخ های مولکولی بدن به تمرینات استقامتی سیستمیک است طبیعت مقاله – نتیجه‌ای که با ادغام نمونه‌های بافت در طیف وسیعی از آنالیزهای omics تأیید می‌شود.

نتایج دیگر ظریف تر بود. به عنوان مثال، ورزش سلامت کبد و متابولیسم را بهبود می بخشد. همچنین ساختار قلب را بازسازی و تقویت می کند، مسیرهای مربوط به یکپارچگی روده را بهبود می بخشد (سلامت روده با التهاب در سراسر بدن مرتبط است)، مسیرهای ایمنی را غنی می کند و التهاب در ریه ها و روده کوچک را کاهش می دهد. نکته مهم، نویسندگان خاطرنشان می کنند، تفاوت های جنسیتی مشاهده شده در پاسخ های ورزشی بر اهمیت گنجاندن هر دو جنس در تحقیقات ورزشی تاکید می کند.

مشکل مرد موش

ترجمه داده‌های موش‌ها به نتایج قابل اجرا برای انسان چالش برانگیز است. با این حال، موش ها مدل حیوانی ارجح هستند زیرا الگوهای سیگنال دهی عضله اسکلتی موش و انسان و سیستم اندام مشابه است. همین امر در مورد متابولیسم گلوکز ناشی از ورزش و پاسخ های قلبی نیز صادق است. علاوه بر این، توده‌های بافت بزرگ موش‌ها نمونه‌های بهتری را نسبت به موش‌ها برای آنالیز مولتیومیک ارائه می‌دهند.

ادکینز گفت: “این داده ها به ما کمک می کند تا دانش را از موش ها به قلمرو انسان منتقل کنیم.”

کنسرسیوم MoTrPAC برای کمک به پر کردن شکاف در داده‌های موش‌ها و انسان‌ها، یک آزمایش پاسخ به تمرین انجام می‌دهد که پاسخ‌های مولکولی به تمرینات استقامتی و مقاومتی را در گروهی متشکل از 2000 داوطلب بزرگسال ثبت می‌کند.

بینش، با موارد بیشتر در آینده

اخیر طبیعت این گزارش چیزی را ارائه می دهد که ادکینز آن را “نمای چشم انداز” از یک مطالعه ملی چند مرکزی MoTrPAC می نامد. در عین حال، سایر مطالعات در حال انجام دیدگاه های محدودتر و دقیق تری از داده های کنسرسیوم دارند. سانفورد PNNL بخشی از یک تیم تحقیقاتی است که نشان می‌دهد چگونه multiomics به شناسایی کمک می‌کند برنامه های کلیدی تنظیم ژن که در حین ورزش وارد عمل می شوند. تیم سنفورد هزاران تغییر مولکولی مشاهده شده را بررسی کردند. اینها شامل نحوه تنظیم بیان ژن مربوط به تغییرات میتوکندری، پاسخ شوک حرارتی، تنظیم ایمنی و سایر فرآیندهای مولکولی است.

سانفورد همچنین به عنوان یک بیوشیمیست در ساختار زیستی و عملکرد به PNNL پیوست جینا خیلی و PNNL Data Scientist تایلر سیگندورف در حال اجرا تجزیه و تحلیل داده های موش مورد مطالعه قرار گیرد دیمورفیسم جنسی در پاسخ های بافت چربی سفید. بافت چربی سفید یک سیستم اندام ذخیره سازی و ترشحی است که با ایجاد چاقی، بیماری های قلبی عروقی، دیابت نوع 2، سرطان و سایر شرایط مرتبط است. این نوع چربی همچنین اثرات مهمی بر سیستم ایمنی و سایر فرآیندهای بیولوژیکی دارد که از سلامت سیستمیک حمایت می کنند.

تا کنون، به نظر می رسد تجزیه و تحلیل نشان می دهد که تفاوت های “عمیق” در پاسخ چربی سفید بین دو جنس در موش ها وجود دارد. در حالی که تمرین بدنی برای موش‌های هر دو جنس مفید بود، تنها موش‌های نر با از دست دادن بافت چربی سفید به ورزش پاسخ دادند. در موش های ماده، ورزش مانع از افزایش توده چربی در آنها شد.

چنین مطالعاتی با تمرکز محدود از مجموعه داده MoTrPAC برای جستجوی بینش هایی در مورد چگونگی تأثیر ورزش بر بافت های فردی یا فرآیندهای بیولوژیکی خاص استفاده می کنند.

به عنوان مثال، یکی از تحقیقات در حال انجام MoTrPAC، به بررسی چگونگی تأثیر ورزش بر رونویسی ژن می‌پردازد. این فرآیند کپی کردن اطلاعات از یک رشته DNA بر روی مولکولی به نام RNA پیام رسان (mRNA) است که اطلاعات ژنتیکی را به مناطقی از سلول ها که در آن پروتئین ها ساخته می شوند، منتقل می کند. نمونه دیگری از تحقیقات در حال انجام به تاثیر ورزش بر پاسخ میتوکندری می پردازد. میتوکندری موجود در سلول های پستانداران تولید انرژی و پاسخ استرس را تنظیم می کند.

ادکینز گفت که هر مطالعه کوچکتر بر اساس جنبه های فردی داده های MoTrPAC، “بخشی از یک چشم انداز بزرگتر است.” این دیدگاه مربوط به کنسرسیوم است: ترسیم تغییرات مولکولی در بدن پس از ورزش.

###

درباره PNNL

آزمایشگاه ملی شمال غرب اقیانوس آرام از نقاط قوت متمایز خود استفاده می کند علم شیمی، علوم زمین، زیست شناسی و علم داده برای پیشبرد دانش علمی و رفع چالش ها در انرژی پایدار و امنیت ملی. PNNL که در سال 1965 تأسیس شد، توسط Battelle برای دفتر علوم وزارت انرژی اداره می شود، که بزرگترین حامی تحقیقات پایه در علوم فیزیکی در ایالات متحده است. دفتر علوم DOE برای رسیدگی به برخی از مهم ترین چالش های زمان ما کار می کند. برای اطلاعات بیشتر مراجعه کنید https://energy.gov/science. برای اطلاعات بیشتر در مورد PNNL، مراجعه کنید مرکز خبری PNNL. ما را در توییتر، فیس بوک، لینکدین و اینستاگرام.

Source link