ved hjælp af meget følsomme atomkraftmikroskoper opdagede forskerne en kemisk reaktion, der øger muskelproteinernes elasticitet. Afgørende er denne reaktion rettet mod molekyler, der har været udsat for en strækningskraft. Dette fund ændrer vores forståelse af, hvordan muskler reagerer på strækning og kan føre til nye behandlinger af muskelforstyrrelser.
“vi opdagede en effektiv måde at indstille muskelelasticitet på,” siger Pallav Kosuri, en af hovedforfatterne. “Vi observerede først effekten på molekylært niveau og testede den derefter helt op til humant væv.”
Julio Fernandes har brugt næsten to årtier på at studere den molekylære Oprindelse af muskelelasticitet, banebrydende enkeltmolekyleteknikker, der i dag er vidt brugt til at studere molekylernes mekanik. Især et molekyle fangede hans opmærksomhed: et protein kaldet titin. Det største protein i kroppen, titin er også den vigtigste kilde til passiv muskelelasticitet. Hvert titinmolekyle består af en lang kæde af foldede bundter, der ligner et reb med hundredvis af knuder. Titin er traditionelt blevet betragtet som et passivt strukturelt stillads for muskler; imidlertid, forskning udført i laboratoriet afslører, at der er mere ved titin, end det ser ud til. “Titin er en mekanisk computer, der giver den rigtige elastiske output til hver eneste muskel i vores krop, inklusive hjertet,” siger han. “At sikre, at denne computer fungerer optimalt, er blandt de mest formidable udfordringer, som den menneskelige krop skal møde.”
i den nye undersøgelse undersøgte hovedforfatterne Jorge Alegre-Cebollada og Kosuri, hvordan titinelasticitet påvirkes af iltning. Iltningsniveauer stiger under muskelaktivitet som en naturlig konsekvens af forhøjet stofskifte. Forskerne fandt, at titin indeholder et usædvanligt stort antal iltning hotspots-steder, der er tilbøjelige til iltning-men at de fleste af disse pletter er skjult inde molekylære folder og er derfor inaktive. At strække en muskel kan dog tvinge titin til at udfolde sig. Forfatterne fandt ud af, at en sådan udfoldelse udsatte hotspots, hvilket fik titin til at blive mere og mere følsom over for iltning, når den blev strakt. Fascineret af denne observation, holdet satte sig for at undersøge, hvad der sker med titin, når det bliver iltet. De fokuserede på en af de mest almindelige former for iltning, kaldet glutathionylering.
forskerne observerede, at mekanisk kraft, som de havde forventet, opløste de foldede bundter i titin og muliggjorde glutathionylering. Overraskelsen kom, da de fandt ud af, at denne type iltning låser bundterne i en udfoldet tilstand, hvilket får stivheden af titin til at falde dramatisk. I mangel af iltning kan mekanisk kraft kun generere forbigående ændringer i elasticitet, der højst varer nogle få sekunder. Imidlertid var virkningen af en mekanisk kraft i kombination med glutathionylering meget mere vedvarende-stivheden af titinmolekylerne kunne kun nulstilles ved at vende iltningen.
at sætte disse stykker sammen kan forklare, hvorfor kombinationen af træning og strækning fører til langvarige, men reversible stigninger i fleksibilitet. Træning Letter iltningsreaktioner, men det strækker sig, der primerer muskelen til iltning. Når iltningsreaktioner opstår, låser de muskelproteinerne i udfoldet tilstand og forårsager vedvarende stigninger i deres elasticitet. Musklen går tilbage til normal, når muskelcellerne naturligt fjerner iltningen, en proces, der kan tage flere timer. “Som yoga-aficionado tror jeg, at vi begynder at forstå stigningen i fleksibilitet fremkaldt af yoga,” siger Alegre-Cebollada. “En positur som nedadvendt hund er en meget effektiv måde at udfolde knuderne i titin, hvilket muliggør ændringer, der får proteinet til at huske, at det skal forblive udfoldet og blødt.”Fernandes og team spekulerer i, at denne type mekanisk hukommelse kan være et fælles træk ved de fleste elastiske væv.
klinisk peger opdagelsen på potentialet ved at bruge biokemiske midler til at ændre muskelelasticitet. Sådan farmakologisk tuning af muskelmekanik kan føre til nye behandlinger for hjertesygdomme og andre tilstande, der påvirker muskelelasticitet, herunder dilateret kardiomyopati, en af de mest almindelige årsager til hjertesvigt hos unge. “Dette er en første opdagelse, men konsekvenserne er meget spændende,” siger Kosuri. “Og det viser, at vi stadig har meget at lære om, hvordan vores muskler virkelig fungerer.”