Każdy wie, że ruch jest zdrowy. Mniej osób wie jednak, co dokładnie dzieje się w komórkach podczas ćwiczeń. Jedna z odpowiedzi przyszła w 2015 roku z Uniwersytetu Południowej Kalifornii. Tamtejsi naukowcy odkryli małą cząsteczkę, którą organizm wytwarza sam i którą podczas wysiłku produkuje w większych ilościach. Nadali jej nazwę MOTS-c.
Od tego czasu ukazało się na jej temat wiele badań. Pokazują one, że MOTS-c wpływa na to, jak organizm gospodaruje cukrem i tłuszczem, jak zachowują się mięśnie i jak szybko z wiekiem spada sprawność fizyczna.
Czym jest MOTS-c?
MOTS-c to peptyd, czyli krótki łańcuch aminokwasów. Ma ich tylko 16, więc jest znacznie mniejszy niż typowe białko. W organizmie peptydy często pełnią rolę sygnałów: jedna komórka informuje za ich pomocą inne, co się dzieje i jak mają zareagować.
Wyjątkowe w MOTS-c jest miejsce, z którego pochodzi. Instrukcja jego wytwarzania nie znajduje się w jądrze komórkowym, gdzie przechowujemy większość DNA, ale w mitochondriach. To maleńkie struktury wewnątrz komórek, które zamieniają składniki odżywcze w energię. Mają własne, niewielkie DNA, które dziedziczymy po matce.
Przez długi czas uważano, że mitochondrialne DNA zawiera tylko kilkadziesiąt genów potrzebnych do wytwarzania energii. Z czasem okazało się jednak, że kryje też instrukcje dla małych peptydów sygnałowych. Naukowcy nazywają je peptydami pochodzenia mitochondrialnego. Pierwszy z nich, humanina, został odkryty w 2001 roku. MOTS-c pojawił się czternaście lat później.
Nazwa MOTS-c to angielski skrót, który opisuje, w której części mitochondrialnego DNA znajduje się instrukcja tego peptydu (w genie tzw. rybosomalnego RNA 12S). Do zrozumienia, jak działa, sama nazwa nie jest jednak potrzebna.
Mitochondria potrafią wysyłać wiadomości
W szkole uczyliśmy się, że mitochondria to „elektrownie komórki”. Wytwarzają energię i na tym ich praca się kończy. MOTS-c pokazał, że to tylko część prawdy.
W 2018 roku w czasopiśmie Cell Metabolism ukazało się badanie, z którego wynika, że gdy komórka znajduje się pod presją (na przykład brakuje jej składników odżywczych), MOTS-c opuszcza mitochondria i trafia bezpośrednio do jądra komórkowego. Tam włącza geny, które pomagają komórce poradzić sobie ze stresem, między innymi geny chroniące przed uszkodzeniami oksydacyjnymi.
Działa to podobnie jak kontrolka rezerwy paliwa w samochodzie. Kontrolka sama niczego nie naprawi, ale informuje kierowcę, że kończy się paliwo i trzeba jechać oszczędniej. MOTS-c pełni rolę takiej kontrolki, a jądro komórkowe rolę kierowcy: reaguje na sygnał i zmienia sposób, w jaki komórka gospodaruje energią. Dla nauki było to ważne odkrycie, bo pokazało, że mitochondria nie są tylko biernym dostawcą energii, ale aktywnie wpływają na zachowanie całej komórki.
Jak działa MOTS-c
Większość efektów MOTS-c przebiega za pośrednictwem jednego enzymu. Nazywa się AMPK i pełni w komórce rolę strażnika energii. Gdy wykryje, że energii zaczyna brakować, uruchamia procesy, które pomagają ją uzupełnić lub zaoszczędzić:
- komórka zaczyna pobierać więcej cukru z krwi,
- spala więcej tłuszczu,
- z czasem wytwarza nowe mitochondria, aby móc produkować więcej energii.
Ten sam enzym aktywuje się zresztą także podczas wysiłku fizycznego i głodówki. To jeden z powodów, dla których MOTS-c tak często wspomina się w kontekście ruchu.
Naukowcy opisali, jak dokładnie MOTS-c włącza AMPK. Ingeruje w przemiany kwasu foliowego (folianu), przez co w komórce gromadzi się substancja o nazwie AICAR. To ona z kolei aktywuje AMPK. Fachowo nazywa się to szlakiem folian–AICAR–AMPK. Szczegóły nie są tu najważniejsze. Liczy się efekt: komórka zaczyna gospodarować energią oszczędniej i wydajniej.
Odkrycie z 2015 roku: myszy, które nie przytyły
Badanie, w którym po raz pierwszy opisano MOTS-c, ukazało się w 2015 roku w Cell Metabolism. Kierował nim Changhan Lee z laboratorium profesora Pinchasa Cohena.
Naukowcy ustalili, że MOTS-c działa przede wszystkim w mięśniach. To logiczne, bo mięśnie należą do tkanek, które zużywają w organizmie najwięcej cukru.
Największe zainteresowanie wzbudził eksperyment z myszami na diecie bogatej w tłuszcze. Jedna grupa dostawała dodatkowo MOTS-c, druga nie. Myszy otrzymujące MOTS-c przytyły mniej, a ich organizm lepiej reagował na insulinę, czyli hormon, który pomaga przenieść cukier z krwi do komórek. Gdy insulina przestaje dobrze działać, mówimy o insulinooporności, która jest wstępem do cukrzycy typu 2.
Był to pierwszy w historii dowód na to, że mały peptyd zapisany w mitochondrialnym DNA może wpływać na metabolizm całego organizmu.
Co dzieje się podczas wysiłku
Największe zainteresowanie MOTS-c wywołało badanie z 2021 roku, opublikowane w Nature Communications. Naukowcy połączyli w nim eksperymenty na ludziach z eksperymentami na myszach.
Eksperyment z udziałem ludzi: Zdrowi młodzi mężczyźni, którzy na co dzień mało się ruszali, jeździli na rowerku stacjonarnym. Naukowcy pobierali im próbki mięśni i krwi przed jazdą, w jej trakcie, po niej oraz po czterech godzinach odpoczynku. Według uczelni, na której prowadzono badania, okazało się, że:
- w mięśniach poziom MOTS-c wzrósł po wysiłku mniej więcej dwunastokrotnie i nawet po odpoczynku nie spadł jeszcze całkowicie,
- we krwi wzrósł o około połowę, a po odpoczynku wrócił do wartości wyjściowej.
Organizm wytwarza więc MOTS-c podczas ruchu w dużych ilościach. To wspiera tezę, że jest on jednym z sygnałów, dzięki którym korzyści z ćwiczeń przekładają się na pracę komórek.
Eksperyment z udziałem myszy: Następnie naukowcy podawali MOTS-c myszom w różnym wieku: młodym, w średnim wieku i starym (22 miesiące, co według nich odpowiada człowiekowi po 65. roku życia). Po leczeniu najstarsze myszy mogły przebiec na bieżni mniej więcej dwa razy więcej niż wcześniej i wyprzedzały nawet nieleczone myszy w średnim wieku. Autorzy podają, że MOTS-c poprawił u starych myszy zarówno sprawność fizyczną, jak i ogólny stan zdrowia.
Z powodu tych wyników mówi się o MOTS-c jako o substancji, która naśladuje niektóre efekty ćwiczeń. Oczywiście nie zastąpi ruchu, ale pomaga wyjaśnić, dlaczego aktywność fizyczna jest dla organizmu tak korzystna.
Mięśnie: mniej „hamulca” dla wzrostu
Na mięśniach skupiło się też inne badanie z 2021 roku. Dotyczyło białka o nazwie miostatyna, które hamuje wzrost mięśni. Im więcej miostatyny, tym trudniej budować i utrzymać masę mięśniową.
- U myszy na diecie bogatej w tłuszcze MOTS-c pomógł zapobiec utracie mięśni, która często towarzyszy otyłości.
- Obniżył poziom miostatyny o około 40%.
- U ludzi naukowcy zauważyli, że osoby z wyższym poziomem MOTS-c mają zwykle mniej miostatyny.
U ludzi to na razie tylko zaobserwowany związek, a nie dowód, że jedno powoduje drugie. Dla badań nad związaną z wiekiem utratą mięśni, którą lekarze nazywają sarkopenią, jest to jednak ciekawy trop.
Kości: wolniejsza utrata
Badania objęły również kości. Naukowcy wykorzystali myszy, którym usunięto jajniki. W efekcie spadł u nich poziom estrogenów i zaczęły tracić masę kostną, podobnie jak kobiety po menopauzie. Następnie przez 12 tygodni myszy otrzymywały MOTS-c.
Badania obrazowe kości pokazały, że MOTS-c złagodził utratę masy kostnej. Naukowcy ustalili też dlaczego: peptyd hamował powstawanie komórek, które rozkładają kość (osteoklastów). Także w tym przypadku działał za pośrednictwem enzymu AMPK. Autorzy uznają więc MOTS-c za interesującego kandydata do dalszych badań nad leczeniem osteoporozy.
Japoński trop: genetyka i długowieczność
Japonia należy do krajów z najdłuższą średnią długością życia. Naukowców zaciekawiło więc, że część mieszkańców Azji Wschodniej ma w mitochondrialnym DNA drobną zmianę, która zmienia jeden z 16 aminokwasów w MOTS-c.
- W 2015 roku japońsko-hiszpański zespół postawił hipotezę, że ta zmiana może mieć związek z długowiecznością Japończyków.
- Sześć lat później inny zespół sprawdził ją na danych ponad 27 000 osób pochodzenia japońskiego. Wynik okazał się inny, niż się spodziewano. U mężczyzn z tą zmianą częściej występowała cukrzyca typu 2, zwłaszcza jeśli mało się ruszali. U kobiet tego związku nie zaobserwowano.
- Co więcej, zmieniony MOTS-c działał gorzej niż zwykła wersja w doświadczeniach na myszach i komórkach. A wśród osób, które dożyły 100 lat, zmiana nie występowała częściej niż u innych.
Pierwotna hipoteza się więc nie potwierdziła. Badanie przyniosło jednak inny cenny wniosek: prawidłowo działający MOTS-c najprawdopodobniej odgrywa rolę w tym, jak ludzki organizm przetwarza cukier, a jego wpływ może zależeć od tego, ile się ruszamy.
Pierwsze kroki u ludzi
Wyniki badań na zwierzętach zainteresowały także przemysł farmaceutyczny. Amerykańska firma biotechnologiczna CohBar opracowywała CB4211, zmodyfikowaną wersję MOTS-c, jako potencjalny lek na otyłość i stłuszczenie wątroby. Była to pierwsza w historii substancja wywodząca się z peptydu mitochondrialnego, którą testowano na ludziach.
Wyniki pierwszej fazy badań klinicznych opublikowano w sierpniu 2021 roku:
- w badaniu wzięło udział 65 zdrowych ochotników oraz 20 osób z otyłością i stłuszczeniem wątroby,
- według raportu substancja była dobrze tolerowana i nie wystąpiły poważne działania niepożądane,
- w porównaniu z placebo poprawiły się wyniki prób wątrobowych i obniżył się poziom cukru we krwi, a masa ciała wykazywała tendencję spadkową.
Było to małe i krótkie badanie. Stanowiło jednak pierwszy krok do sprawdzenia wiedzy o MOTS-c u ludzi.
Oś czasu badań nad MOTS-c
| Rok | Co się wydarzyło |
|---|---|
| 2001 | Odkrycie humaniny, pierwszego znanego peptydu pochodzenia mitochondrialnego. |
| 2015 | Lee i współpracownicy opisują MOTS-c oraz jego wpływ na metabolizm i wrażliwość na insulinę u myszy. |
| 2015 | Powstaje hipoteza łącząca japoński wariant MOTS-c z długowiecznością. |
| 2018 | Naukowcy odkrywają, że MOTS-c w warunkach stresu przemieszcza się do jądra komórkowego i włącza geny ochronne. |
| 2021 | Badanie w Nature Communications: wysiłek zwiększa poziom MOTS-c w mięśniach, a sprawność starych myszy się poprawia. |
| 2021 | MOTS-c obniża u myszy poziom miostatyny i chroni mięśnie przed zanikiem. |
| 2021 | Badanie z udziałem ponad 27 000 osób łączy japoński wariant MOTS-c z cukrzycą u mężczyzn. |
| 2021 | Publikacja wyników pierwszego badania z udziałem ludzi dotyczącego zmodyfikowanej wersji MOTS-c (CB4211). |
| 2025 | Światowa Agencja Antydopingowa (WADA) wpisuje MOTS-c na listę substancji zakazanych. |
Dlaczego MOTS-c jest tak ciekawy dla nauki
- Zmienił spojrzenie na mitochondria. Pokazał, że nie tylko wytwarzają energię, ale też wysyłają sygnały, za pomocą których sterują zachowaniem komórek.
- Pomaga wyjaśnić, dlaczego ruch jest zdrowy. Jest jedną z cząsteczek, dzięki którym korzyści z ćwiczeń przejawiają się w organizmie.
- Wiąże się ze starzeniem. Jego poziom we krwi spada z wiekiem, a u starych zwierząt wpłynął na sprawność fizyczną.
- Ma szeroki zakres działania. Badania dotyczą cukru, tłuszczu, mięśni, kości i odporności komórek na stres.
- Inspiruje rozwój leków. Substancja wywodząca się z MOTS-c przeszła już pierwsze testy na ludziach.
Najczęściej zadawane pytania
Czym dokładnie jest MOTS-c?
To mały peptyd złożony z 16 aminokwasów, który organizm wytwarza w mitochondriach. Działa jak sygnał, który pomaga komórkom dostosować gospodarkę energetyczną.
Czy każdy człowiek wytwarza MOTS-c?
Tak. MOTS-c występuje w organizmie naturalnie i można go zmierzyć we krwi. Jego poziom się jednak zmienia: rośnie podczas wysiłku i spada z wiekiem.
Jaki jest związek między MOTS-c a ruchem?
Podczas ćwiczeń mięśnie wytwarzają go w dużych ilościach. W badaniu z 2021 roku jego poziom w mięśniach po jeździe na rowerku stacjonarnym wzrósł mniej więcej dwunastokrotnie.
Dlaczego mówi się o MOTS-c w kontekście starzenia?
Ponieważ jego poziom spada z wiekiem, a w badaniach na starych myszach poprawił sprawność fizyczną i ogólny stan zdrowia. Dlatego naukowcy badają go jako jeden z czynników wpływających na to, jak się starzejemy.
Czym MOTS-c różni się od humaniny?
Oba należą do peptydów pochodzenia mitochondrialnego. Humaninę odkryto wcześniej, w 2001 roku, i bada się ją głównie w kontekście ochrony komórek. MOTS-c odkryto w 2015 roku, a badania nad nim skupiają się przede wszystkim na metabolizmie i mięśniach.
Czym jest AMPK?
To enzym, który pilnuje ilości energii w komórce. Gdy energii zaczyna brakować, skłania komórkę do spalania większej ilości cukrów i tłuszczów. MOTS-c go aktywuje i to właśnie tłumaczy większość jego efektów.
Czy MOTS-c jest na liście substancji zakazanych dla sportowców?
Tak. Od 1 stycznia 2025 roku Światowa Agencja Antydopingowa (WADA) umieszcza go wśród substancji zakazanych dla sportowców przez cały czas, zarówno podczas zawodów, jak i poza nimi.
Co oznacza oznaczenie „research use only”?
Po polsku „wyłącznie do celów badawczych”. Oznacza to, że substancja jest przeznaczona do badań laboratoryjnych i naukowych. Nie jest lekiem ani suplementem diety i nie jest przeznaczona do stosowania u ludzi.
Dlaczego certyfikat analizy jest ważny w przypadku peptydów badawczych?
Certyfikat analizy (CoA) potwierdza, że w opakowaniu rzeczywiście znajduje się substancja podana na etykiecie, i określa jej czystość. Zwykle zawiera wyniki dwóch metod laboratoryjnych: chromatografii (HPLC), która pokazuje czystość, oraz spektrometrii mas (MS), która potwierdza, że chodzi o właściwą cząsteczkę. Bez niego wyniki badań nie byłyby wiarygodne.
Czy MOTS-c jest zatwierdzony jako lek?
Nie. MOTS-c nie jest dopuszczony do obrotu jako produkt leczniczy w Polsce (URPL), w Unii Europejskiej (EMA) ani w USA (FDA). Jest dostępny wyłącznie jako substancja badawcza. Jego zmodyfikowana wersja CB4211 przeszła na razie tylko pierwszą fazę badań klinicznych.
Podsumowanie
MOTS-c to maleńki peptyd, który organizm wytwarza w mitochondriach i produkuje w większej ilości podczas wysiłku. Jego odkrycie pokazało, że mitochondria nie tylko wytwarzają energię, ale też wysyłają wiadomości do reszty komórki. Badania na zwierzętach sugerują, że MOTS-c pomaga organizmowi lepiej przetwarzać cukier, chroni mięśnie i kości, a u starych myszy poprawił sprawność fizyczną. U ludzi wiemy, że jego poziom rośnie podczas ruchu i spada z wiekiem.
Większość dotychczasowej wiedzy pochodzi z badań laboratoryjnych i na zwierzętach, więc przed nauką jeszcze długa droga. Już teraz jednak MOTS-c jest jednym z najciekawszych odkryć w badaniach nad starzeniem i pomaga wyjaśnić, dlaczego regularny ruch jest dla organizmu tak ważny.
Przegląd MOTS-c i innych peptydów badawczych znajdziesz na naszej stronie poświęconej substancjom badawczym: MOTS-c.
Źródła
- Lee C, Zeng J, Drew BG, Sallam T, Martin-Montalvo A, Wan J, Kim SJ, Mehta H, Hevener AL, de Cabo R, Cohen P. „The mitochondrial-derived peptide MOTS-c promotes metabolic homeostasis and reduces obesity and insulin resistance”. Cell Metabolism, 2015;21(3):443–454. DOI: 10.1016/j.cmet.2015.02.009
- Kim KH, Son JM, Benayoun BA i wsp. „The Mitochondrial-Encoded Peptide MOTS-c Translocates to the Nucleus to Regulate Nuclear Gene Expression in Response to Metabolic Stress”. Cell Metabolism, 2018.
- Reynolds JC, Lai RW, Woodhead JST i wsp. „MOTS-c is an exercise-induced mitochondrial-encoded regulator of age-dependent physical decline and muscle homeostasis”. Nature Communications, 2021;12:470: doaj.org
- University of Southern California – komunikat prasowy dotyczący badania Reynolds i wsp. 2021: today.usc.edu
- Kumagai H, Coelho AR, Wan J i wsp. „MOTS-c reduces myostatin and muscle atrophy signaling”. American Journal of Physiology – Endocrinology and Metabolism, 2021. DOI: 10.1152/ajpendo.00275.2020
- Badanie MOTS-c w mysim modelu osteoporozy po owariektomii (hamowanie powstawania osteoklastów za pośrednictwem AMPK), Elsevier: infona.pl
- Fuku N, Pareja-Galeano H, Zempo H, Alis R, Arai Y, Lucia A, Hirose N. „The mitochondrial-derived peptide MOTS-c: a player in exceptional longevity?”. Aging Cell, 2015: abacus.universidadeuropea.com
- Zempo H, Kim SJ, Fuku N i wsp. „A pro-diabetogenic mtDNA polymorphism in the mitochondrial-derived peptide, MOTS-c”. Aging (Albany NY), 2021;13(2):1692–1717: static-site-aging-prod.impactaging.com
- Wan W, Zhang L, Lin Y i wsp. „Mitochondria-derived peptide MOTS-c: effects and mechanisms related to stress, metabolism and aging”. Journal of Translational Medicine, 2023;21:36: doaj.org
- Mohtashami Z, Singh MK, Salimiaghdam N, Ozgul M, Kenney MC. „MOTS-c, the Most Recent Mitochondrial Derived Peptide in Human Aging and Age-Related Diseases”. International Journal of Molecular Sciences, 2022;23(19):11991. DOI: 10.3390/ijms231911991
- Zheng Y, Wei Z, Wang T. „MOTS-c: A promising mitochondrial-derived peptide for therapeutic exploitation”. Frontiers in Endocrinology, 2023;14:1120533: frontiersin.org
- Longevity.Technology – wyniki badania fazy 1a/1b CB4211 (sierpień 2021): longevity.technology
- Lifespan.io – CB4211, analog MOTS-c: lifespan.io
- ISSF – Lista substancji zabronionych WADA 2025 (wpisanie MOTS-c): issf-sports.org