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肌肉需要大量的能量才能发挥作用。这主要由消耗大量能量的细胞中的线粒体提供。因此，我们发现肌肉细胞中这些细胞的能量比其他具有较低代谢率的细胞类型更多。位于巴特瑙海姆马克斯普朗克心肺研究所的科学家们现已确定了一种可用于调节肌肉细胞线粒体发育的机制。这使得肌肉的耐力能力首先成为可能。
通过两种不同的机制向细胞提供能量：通过称为糖酵解的过程，细胞从葡萄糖中提取能量载体三磷酸腺苷(ATP)。不需要氧气。糖酵解的缺点是效率低。出于这个原因，需要大量能量的细胞主要通过呼吸链来制造ATP。这比糖酵解更有效。它发生在线粒体中并消耗氧气。由于其相对高的能量需求，与其他细胞类型相比，肌肉细胞需要特别多的线粒体。
托马斯·布劳恩的“心脏发育和重塑”部门的科学家们现在已经发现了一种机制，可以控制肌肉干细胞向功能性肌细胞分化过程中线粒体的形成。短的，非编码的RNA分子，称为microRNA，在这个过程中起着至关重要的作用，就像一组被称为巨型基因簇的基因一样。马克斯普朗克研究所系主任ThomasBöttger解释了它的工作原理：“在干细胞中，Dlk1-Dio3基因簇阻断了线粒体的形成。这保留了这些细胞中精心协调的能量代谢平衡。”
肌肉细胞的新线粒体
如果干细胞发育成肌细胞，能量需求就会急剧变化。在很短的时间内形成大量的线粒体。“我们能够证明，大型基因簇在干细胞中是活跃的，但在我们研究的任何分化的体细胞中都没有，”Böttger说。Max Planck研究人员从中得出结论，在细胞分化过程中关闭了大基因簇。
当科学家们更深入地研究干细胞向肌肉细胞的分化时，就会出现潜在机制的证据：“与Dlk1-Dio3基因簇的减缓同时，我们注意到两种非编码微小RNA的增加，即miR-1和miR-133a，“Böttger说。当在实验中在肌肉细胞中关闭miR-1和miR-133a时，可以在这些细胞中显示大基因簇的各个组分。“这强烈表明miR-1和miR-133a可以阻止巨型基因簇的形成，”Böttger说。“如果两种microRNA都不存在，那么大基因簇仍然活跃。事实上，我们观察到线粒体基因和非典型线粒体的减少。”
对基因敲除miR-1和miR-133a基因的小鼠的研究证实了这样的数据：“与肌肉细胞相比，miR-1 / miR-133a敲除小鼠的肌肉细胞中发现的线粒体明显减少。控制动物。在保持相同强度的同时，我们注意到敲除小鼠的耐力能力显着降低，“Böttger说。
研究人员对这一现象提出了以下解释：虽然短期肌肉活动的能量是通过糖酵解进行厌氧的，但耐力需要有氧过程。“肌肉需要足够的线粒体来维持肌肉活动，”Böttger说。“我们的研究表明，两种microRNAs-miR-1 / miR-133a - 在干细胞形成肌细胞过程中使巨型基因簇失活，因此可能形成大量线粒体。”因此，该研究为理解干细胞向体细胞的转化做出了重要贡献。
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