Utilizzando microscopi a forza atomica altamente sensibili, i ricercatori hanno rilevato una reazione chimica che aumenta l’elasticità delle proteine muscolari. Fondamentalmente, questa reazione si rivolge a molecole che sono state esposte a una forza di stretching. Questa scoperta cambia la nostra comprensione di come i muscoli rispondono allo stretching e può portare a nuovi trattamenti di disturbi muscolari.
“Abbiamo scoperto un modo efficace per accordare l’elasticità muscolare”, afferma Pallav Kosuri, uno degli autori principali. “Per prima cosa abbiamo osservato l’effetto a livello molecolare e poi lo abbiamo testato fino al tessuto umano.”
Julio Fernandez ha trascorso quasi due decenni a studiare l’origine molecolare dell’elasticità muscolare, pionieristiche tecniche a singola molecola che oggi sono ampiamente utilizzate per studiare la meccanica delle molecole. Una molecola in particolare ha catturato la sua attenzione: una proteina chiamata titina. La più grande proteina nel corpo, titina è anche la principale fonte di elasticità muscolare passiva. Ogni molecola di titina consiste in una lunga catena di fasci piegati che assomigliano a una corda con centinaia di nodi. Titin è stato tradizionalmente considerato come un’impalcatura strutturale passiva per il muscolo; tuttavia, la ricerca fatta nel laboratorio Fernandez rivela che c’è di più a titin che soddisfa l’occhio. “Titin è un computer meccanico che fornisce il giusto output elastico a ogni singolo muscolo del nostro corpo, incluso il cuore”, afferma Fernandez. “Assicurarsi che questo computer funzioni a prestazioni ottimali è tra le sfide più formidabili che il corpo umano deve affrontare.”
Nel nuovo studio, gli autori principali Jorge Alegre-Cebollada e Kosuri hanno studiato come l’elasticità della titina sia influenzata dall’ossidazione. I livelli di ossidazione aumentano durante l’attività muscolare come conseguenza naturale del metabolismo elevato. I ricercatori hanno scoperto che la titina contiene un numero insolitamente alto di punti caldi di ossidazione-posizioni che sono inclini all’ossidazione-ma che la maggior parte di questi punti sono nascosti all’interno delle pieghe molecolari e sono quindi inattivi. Tuttavia, lo stretching di un muscolo può costringere titin a svolgersi. Gli autori hanno scoperto che tale dispiegamento esposto i punti caldi, causando titina a diventare sempre più sensibile all’ossidazione quando allungato. Incuriosito da questa osservazione, il team ha deciso di indagare su cosa succede a titin una volta ossidato. Si sono concentrati su una delle forme più comuni di ossidazione, chiamata glutationilazione.
I ricercatori hanno osservato che, come si aspettavano, la forza meccanica ha svelato i fasci piegati in titina e ha permesso la glutationilazione. La sorpresa è arrivata quando hanno scoperto che questo tipo di ossidazione blocca i fasci in uno stato spiegato, causando la rigidità della titina a scendere drasticamente. In assenza di ossidazione, la forza meccanica può generare solo cambiamenti transitori nell’elasticità, della durata di alcuni secondi al massimo. Tuttavia, l’effetto di una forza meccanica in combinazione con la glutationilazione era molto più persistente — la rigidità delle molecole di titina poteva essere ripristinata solo invertendo l’ossidazione.
Mettere insieme questi pezzi può spiegare perché la combinazione di esercizio e stretching porta ad aumenti di flessibilità duraturi ma reversibili. L’esercizio facilita le reazioni di ossidazione, ma è lo stretching che innesca il muscolo per l’ossidazione. Una volta che si verificano reazioni di ossidazione, bloccano le proteine muscolari in uno stato spiegato e causano aumenti sostenuti della loro elasticità. Il muscolo torna alla normalità quando le cellule muscolari rimuovono naturalmente l’ossidazione, un processo che può richiedere diverse ore. “Come appassionato di yoga, credo che stiamo iniziando a capire l’aumento della flessibilità indotta dallo yoga”, afferma Alegre-Cebollada. “Una posa come il cane rivolto verso il basso è un modo molto efficace per spiegare i nodi in titina, consentendo modifiche che rendono la proteina ricordare che deve rimanere spiegato e morbido.”Fernandez e il team ipotizzano che questo tipo di memoria meccanica potrebbe essere una caratteristica comune della maggior parte dei tessuti elastici.
Clinicamente, la scoperta indica il potenziale di utilizzare mezzi biochimici per alterare l’elasticità muscolare. Tale regolazione farmacologica della meccanica muscolare potrebbe portare a nuovi trattamenti per le malattie cardiache e altre condizioni che influenzano l’elasticità muscolare, compresa la cardiomiopatia dilatativa, una delle cause più comuni di insufficienza cardiaca nei giovani. “Questa è una scoperta iniziale, ma le implicazioni sono molto eccitanti”, afferma Kosuri. “E dimostra che abbiamo ancora molto da imparare su come funzionano davvero i nostri muscoli.”