nagyon érzékeny atomi erő mikroszkópok segítségével a kutatók kémiai reakciót észleltek, amely növeli az izomfehérjék rugalmasságát. Döntő fontosságú, hogy ez a reakció olyan molekulákat céloz meg, amelyek nyújtóerőnek vannak kitéve. Ez a megállapítás megváltoztatja annak megértését, hogy az izmok hogyan reagálnak a nyújtásra, és az izombetegségek új kezeléseihez vezethet.
“felfedeztük az izom rugalmasságának hatékony módját” – mondja Pallav Kosuri, az egyik vezető szerző. “Először molekuláris szinten figyeltük meg a hatást, majd egészen az emberi szövetig teszteltük.”
Julio Fernandez közel két évtizedet töltött az izomrugalmasság molekuláris eredetének tanulmányozásával, úttörő egymolekulás technikákkal, amelyeket ma széles körben használnak a molekulák mechanikájának tanulmányozására. Különösen egy molekula ragadta meg a figyelmét: a titin nevű fehérje. A szervezet legnagyobb fehérje, a titin a passzív izomrugalmasság fő forrása is. Minden titin molekula egy hajtogatott kötegek hosszú láncából áll, amely több száz csomós kötélhez hasonlít. A titint hagyományosan az izom passzív szerkezeti állványának tekintik; a Fernandez laborban végzett kutatások azonban azt mutatják, hogy a titinben több van, mint ami szemmel látható. “A Titin egy mechanikus számítógép, amely megfelelő rugalmas kimenetet biztosít testünk minden egyes izomához, beleértve a szívet is” – mondja Fernandez. “Annak biztosítása, hogy ez a számítógép optimális teljesítményt nyújtson, az egyik legfélelmetesebb kihívás, amellyel az emberi testnek meg kell felelnie.”
az új tanulmányban Jorge Alegre-Cebollada és Kosuri vezető szerzők azt vizsgálták, hogy a titin rugalmasságát hogyan befolyásolja az oxidáció. Az oxidációs szint az izomaktivitás során növekszik, mint a megnövekedett anyagcsere természetes következménye. A kutatók azt találták, hogy a titin szokatlanul nagy számú oxidációs hotspotot tartalmaz – olyan helyeket, amelyek hajlamosak az oxidációra – , de ezeknek a foltoknak a többsége molekuláris redőkben van elrejtve, ezért inaktívak. Az izom nyújtása azonban arra kényszerítheti a titint, hogy kibontakozzon. A szerzők azt találták, hogy az ilyen kibontakozás kitette a hotspotokat, aminek következtében a titin feszítéskor egyre érzékenyebbé válik az oxidációra. Ez a megfigyelés felkeltette a csapatot, hogy megvizsgálja, mi történik a titinnel, ha oxidálódik. Az oxidáció egyik leggyakoribb formájára, az úgynevezett glutationilezésre összpontosítottak.
a kutatók megfigyelték, hogy ahogy várták, a mechanikus erő feloldotta a hajtogatott kötegeket a titinben, és lehetővé tette a glutationilációt. A meglepetés akkor jött, amikor azt találták, hogy ez a fajta oxidáció kibontott állapotban rögzíti a kötegeket, ami a titin merevségének drámai csökkenését okozza. Oxidáció hiányában a mechanikai erő csak átmeneti rugalmassági változásokat hozhat létre, legfeljebb néhány másodpercig. A glutationilezéssel kombinált mechanikai erő hatása azonban sokkal tartósabb volt-a titinmolekulák merevségét csak az oxidáció megfordításával lehetett visszaállítani.
ezeket a darabokat összerakva megmagyarázhatja, hogy a testmozgás és a nyújtás kombinációja miért vezet a rugalmasság hosszú távú, de visszafordítható növekedéséhez. A testmozgás megkönnyíti az oxidációs reakciókat, de a nyújtás alapozza meg az izmot az oxidációhoz. Amint oxidációs reakciók lépnek fel, az izomfehérjéket kibontott állapotban zárják le, és rugalmasságuk tartós növekedését okozzák. Az izom visszatér a normális szintre, amikor az izomsejtek természetesen eltávolítják az oxidációt, ez a folyamat több órát is igénybe vehet. “Jóga rajongóként úgy gondolom, hogy kezdjük megérteni a jóga által kiváltott rugalmasság növekedését”-mondja Alegre-Cebollada. “Egy olyan póz, mint a lefelé néző kutya, rendkívül hatékony módja annak, hogy kibontsa a csomókat a titinben, lehetővé téve a módosításokat, amelyek lehetővé teszik a fehérje számára, hogy emlékezzen arra, hogy kibontva és puha maradjon.”Fernandez és csapata úgy gondolják, hogy ez a fajta mechanikus memória lehet a legtöbb rugalmas szövet közös jellemzője.
klinikailag a felfedezés rámutat a biokémiai eszközök használatának lehetőségére az izom rugalmasságának megváltoztatására. Az izommechanika ilyen farmakológiai hangolása új kezelésekhez vezethet a szívbetegségek és más olyan állapotok kezelésére, amelyek befolyásolják az izom rugalmasságát, beleértve a dilatált kardiomiopátiát, amely a fiatalok szívelégtelenségének egyik leggyakoribb oka. “Ez egy kezdeti felfedezés, de a következmények nagyon izgalmasak” – mondja Kosuri. “Ez azt mutatja, hogy még sokat kell tanulnunk arról, hogyan működnek az izmaink.”