tutkijat havaitsivat erittäin herkkien atomivoimamikroskooppien avulla kemiallisen reaktion, joka lisää lihasproteiinien kimmoisuutta. Ratkaisevaa on, että tämä reaktio kohdistuu molekyyleihin, jotka ovat altistuneet venyvälle voimalle. Löydös muuttaa käsitystämme siitä, miten lihakset reagoivat venyttelyyn ja voi johtaa lihassairauksien uusiin hoitoihin.
”löysimme tehokkaan tavan virittää lihasten elastisuutta”, kertoo Pallav Kosuri, yksi pääkirjoittajista. ”Havaitsimme vaikutuksen ensin molekyylitasolla ja sitten testasimme sen aina ihmiskudokseen asti.”
Julio Fernandez on tutkinut lähes kaksi vuosikymmentä lihasten kimmoisuuden molekyylien alkuperää, uraauurtavaa yksimolekyylitekniikkaa, jota nykyään käytetään laajalti molekyylien mekaniikan tutkimiseen. Erityisesti yksi molekyyli vangitsi hänen huomionsa: proteiini nimeltä titin. Suurin proteiini kehossa, titin on myös tärkein passiivisen lihasten kimmoisuuden lähde. Jokainen titiinimolekyyli koostuu pitkästä taitettujen nippujen ketjusta, joka muistuttaa satoja solmuja käsittävää köyttä. Titiniä on perinteisesti pidetty lihasten passiivisena rakenteellisena tukena; Fernandezin laboratoriossa tehdyt tutkimukset kuitenkin paljastavat, että titinissä on enemmän kuin silmä näkee. ”Titin on mekaaninen tietokone, joka antaa oikean elastisen ulostulon kehomme jokaiselle lihakselle, myös sydämelle”, sanoo Fernandez. ”Sen varmistaminen, että tämä tietokone toimii optimaalisella suorituskyvyllä, on yksi merkittävimmistä haasteista, joita ihmisen on kohdattava.”
uudessa tutkimuksessa pääkirjoittajat Jorge Alegre-Cebollada ja Kosuri selvittivät, miten hapettuminen vaikuttaa titiinin elastisuuteen. Hapetusarvot kasvavat lihastoiminnan aikana kohonneen aineenvaihdunnan luonnollisena seurauksena. Tutkijat havaitsivat, että titiini sisältää epätavallisen paljon hapettumispisteitä — paikkoja, jotka ovat alttiita hapettumiselle — mutta että useimmat näistä pisteistä ovat piilossa molekyylipoimujen sisällä ja ovat siksi inaktiivisia. Lihaksen venyttely voi kuitenkin pakottaa titinin avautumaan. Kirjoittajat havaitsivat, että tällainen avautuminen altisti hotspotit, jolloin titiini muuttui venyessään yhä herkemmäksi hapettumiselle. Kiinnostuneena tästä havainnosta ryhmä lähti tutkimaan, mitä titinille tapahtuu, kun se hapettuu. Ne keskittyivät yhteen yleisimmistä hapettumisen muodoista, jota kutsutaan glutationylaatioksi.
tutkijat havaitsivat, että kuten he olivat odottaneet, mekaaninen voima purki titiinin Taitetut niput ja mahdollisti glutationylaation. Yllätys tuli, kun he huomasivat, että tällainen hapetus lukitsee niput avautumattomaan tilaan, jolloin titiinin jäykkyys laskee dramaattisesti. Hapettumisen puuttuessa mekaaninen voima voi aiheuttaa vain ohimeneviä elastisuuden muutoksia, jotka kestävät korkeintaan muutaman sekunnin. Mekaanisen voiman vaikutus yhdessä glutationylaation kanssa oli kuitenkin paljon pysyvämpi – titiinimolekyylien jäykkyys voitiin nollata vain kääntämällä hapetus.
näiden palasten yhdistäminen voi selittää, miksi kuntoilun ja venyttelyn yhdistelmä johtaa pitkäkestoiseen mutta palautuvaan joustavuuden lisääntymiseen. Kuntoilu helpottaa hapetusreaktioita, mutta juuri venyttely pohjustaa lihaksen hapettumista varten. Kun hapetusreaktiot tapahtuvat, ne lukitsevat lihasproteiinit avautumattomaan tilaan ja aiheuttavat niiden elastisuuden jatkuvaa lisääntymistä. Lihas palaa normaaliksi, kun lihassolut poistavat luonnollisesti hapettumisen, mikä voi kestää useita tunteja. ”Joogan harrastajana uskon, että alamme ymmärtää joogan aiheuttaman joustavuuden lisääntymisen”, Alegre-Cebollada sanoo. ”Pose kuten alaspäin päin koira on erittäin tehokas tapa avata solmut titin, mahdollistaa muutoksia, jotka tekevät proteiinin muistaa, että se on edelleen taittamaton ja pehmeä.”Fernandez ja tiimi spekuloivat, että tällainen mekaaninen muisti voisi olla yleinen piirre useimmissa elastisissa kudoksissa.
kliinisesti löytö viittaa biokemiallisten keinojen mahdollisuuteen muuttaa lihasten elastisuutta. Tällainen farmakologinen viritys lihas mekaniikka voisi johtaa uusia hoitoja sydänsairauksien ja muiden sairauksien, jotka vaikuttavat lihasten elastisuutta, mukaan lukien laajentuneen kardiomyopatia, yksi yleisimmistä syistä sydämen vajaatoiminta nuorilla ihmisillä. ”Tämä on alustava löytö, mutta seuraukset ovat hyvin jännittäviä”, Kosuri sanoo. ”Ja se osoittaa, että meillä on vielä paljon opittavaa siitä, miten lihaksemme todella toimivat.”