wykorzystując wysoce czułe mikroskopy sił atomowych, naukowcy wykryli reakcję chemiczną, która zwiększa elastyczność białek mięśniowych. Co najważniejsze, reakcja ta dotyczy cząsteczek, które zostały wystawione na działanie siły rozciągającej. To odkrycie zmienia nasze zrozumienie, jak mięśnie reagują na rozciąganie i może prowadzić do nowych metod leczenia zaburzeń mięśniowych.
„odkryliśmy skuteczny sposób na dostrojenie elastyczności mięśni”, mówi Pallav Kosuri, jeden z głównych autorów. „Najpierw zaobserwowaliśmy efekt na poziomie molekularnym, a następnie przetestowaliśmy go aż do ludzkiej tkanki.”
Julio Fernandez spędził prawie dwie dekady badając molekularne pochodzenie elastyczności mięśni, pionierskie techniki jednocząsteczkowe, które dziś są szeroko stosowane do badania mechaniki cząsteczek. Jedna cząsteczka w szczególności przyciągnęła jego uwagę: białko zwane titin. Największe białko w organizmie, titin jest również głównym źródłem pasywnej elastyczności mięśni. Każda cząsteczka titinu składa się z długiego łańcucha złożonych wiązek przypominających linę z setkami węzłów. Titin tradycyjnie był uważany za pasywne rusztowanie strukturalne dla mięśni; jednak badania przeprowadzone w laboratorium Fernandeza ujawniają, że titin ma więcej niż na pierwszy rzut oka. „Titin to komputer mechaniczny, który zapewnia odpowiednią sprężystość każdego mięśnia w naszym ciele, w tym serca”, mówi Fernandez. „Upewnienie się, że ten komputer działa z optymalną wydajnością, jest jednym z najbardziej groźnych wyzwań, którym musi sprostać Ludzkie ciało.”
w nowym badaniu główni autorzy Jorge Alegre-Cebollada i Kosuri zbadali wpływ utleniania na elastyczność titin. Poziom utleniania wzrasta podczas aktywności mięśni jako naturalna konsekwencja podwyższonego metabolizmu. Naukowcy odkryli, że titin zawiera niezwykle dużą liczbę hotspotów utleniania-miejsc, które są podatne na utlenianie-ale większość z tych miejsc jest ukryta wewnątrz fałd molekularnych i dlatego są nieaktywne. Jednak rozciąganie mięśni może zmusić titin do rozwoju. Autorzy odkryli, że takie rozłożenie odsłoniło gorące punkty, powodując, że titin staje się coraz bardziej wrażliwy na utlenianie po rozciągnięciu. Zaintrygowany tą obserwacją zespół postanowił zbadać, co dzieje się z titinem po jego utlenieniu. Skupiały się one na jednej z najczęstszych form utleniania, zwanej glutationylacją.
naukowcy zaobserwowali, że zgodnie z oczekiwaniami, siła mechaniczna rozwikłała złożone wiązki w titin i umożliwiła glutationylację. Zaskoczenie przyszło, gdy odkryli, że ten rodzaj utleniania blokuje wiązki w stanie rozłożonym, powodując drastyczny spadek sztywności titin. W przypadku braku utleniania siła mechaniczna może generować tylko przejściowe zmiany elastyczności, trwające najwyżej kilka sekund. Jednak efekt siły mechanicznej w połączeniu z glutationylacją był znacznie bardziej trwały – sztywność cząsteczek titinu można było zresetować tylko przez odwrócenie utleniania.
połączenie tych elementów może wyjaśnić, dlaczego połączenie ćwiczeń i rozciągania prowadzi do długotrwałego, ale odwracalnego wzrostu elastyczności. Ćwiczenia ułatwiają reakcje utleniania, ale to rozciąganie powoduje utlenianie mięśni. Po wystąpieniu reakcji utleniania blokują białka mięśniowe w stanie rozłożonym i powodują trwały wzrost ich elastyczności. Mięsień wraca do normy, gdy komórki mięśniowe naturalnie usuwają utlenianie, proces, który może potrwać kilka godzin. „Jako miłośnik jogi uważam, że zaczynamy rozumieć wzrost elastyczności spowodowany przez jogę”, mówi Alegre-Cebollada. „Postawa jak pies zwrócony w dół jest bardzo skutecznym sposobem rozwinięcia węzłów w titin, umożliwiając modyfikacje, które sprawiają, że białko zapamiętuje, że musi pozostać rozłożone i miękkie.”Fernandez i zespół spekulują, że ten rodzaj pamięci mechanicznej może być wspólną cechą większości elastycznych tkanek.
klinicznie odkrycie wskazuje na potencjał wykorzystania środków biochemicznych do zmiany elastyczności mięśni. Takie farmakologiczne dostrojenie mechaniki mięśni może prowadzić do nowych metod leczenia chorób serca i innych schorzeń, które wpływają na elastyczność mięśni, w tym kardiomiopatii rozstrzeniowej, jednej z najczęstszych przyczyn niewydolności serca u młodych ludzi. „To pierwsze odkrycie, ale implikacje są bardzo ekscytujące”, mówi Kosuri. „I to pokazuje, że wciąż mamy wiele do nauczenia się o tym, jak naprawdę działają nasze mięśnie.”