Výzkumníci z MDC a jejich kolegové sledovali pomocí nových zobrazovacích technik s vysokým rozlišením titin, největší protein v těle, v reálném čase během celého jeho životního cyklu. Metoda a výsledky by mohly přinést nové poznatky o vývoji svalů i o léčbě poškozených svalů a srdečních onemocnění.
Jako blikající světýlka rozjasňují sváteční období, vědce z Centra Maxe Delbrücka pro molekulární medicínu rozveselují červená a zelená světla ze zcela jiného důvodu. Pomocí barevných sond tým sledoval celý životní cyklus titinu, největšího tělesného proteinu, o němž je známo, že hraje klíčovou roli ve svalové tkáni. Pozorování titinu od syntézy až po degradaci poskytlo nový pohled na tvorbu sarkomer, hlavních kontraktilních jednotek srdečního a kosterního svalu.
Titin je tak velká molekula, že její analýza představuje jedinečnou výzvu. Tým připojil červenou a zelenou fluorescenční značku na opačné konce proteinu, což jim umožnilo sledovat přesné pohyby titinu ve svalových buňkách odvozených z myšího srdce, tzv. kardiomyocytech.
„Kardiomyocyty jsou vysoce specializované a nemohou vynechat jediný úder,“ řekl Michael Gotthardt, který vede laboratoř neuromuskulární a kardiovaskulární buněčné biologie MDC a stál v čele výzkumu. „Můžeme sledovat, jak se titin vytváří a vkládá do myofilament, zatímco vše stále funguje. Je to krásný pohled.“
Není to jen hezký obrázek
Poznatky získané díky možnosti sledovat titin v reálném čase jsou významné. Dlouho se předpokládalo, že titin je pevnou páteří sarkomer, základních funkčních segmentů srdečních a kosterních svalů, které se roztahují a smršťují. Ukazuje se, že titin je mnohem dynamičtější, než se dříve předpokládalo, řekl Gotthardt.
Srdeční svalové buňky mají zřejmě zásobu rozpustného titinu rozprostřenou po celé sarkoméře, připravenou nahradit proteiny poškozené při opakovaném procesu svalové expanze a kontrakce. Přetížené bílkoviny jsou přesunuty mimo buňky a poté degradovány. To vše se děje v průběhu několika hodin, což zní rychle, ale ve skutečnosti je to mnohem déle než u jakéhokoli jiného sarkomerického proteinu.
Velké množství titinu umístěného mimo sarkomeru bylo překvapením, které bylo poprvé vidět díky novému genetickému myšímu modelu a zobrazovací technice, řekl Gotthardt. Dalším nečekaným zjištěním byla rozmanitost pozorovaných molekul titinu, tzv. izoforem. Rychleji se pohybující proteiny jsou pravděpodobně jiné izoformy než pomaleji se pohybující.
„Toto je pohled na skutečný život sarkomery,“ řekl Gotthardt. „Můžeme pochopit tvorbu a přestavbu struktury myofilament, což má význam pro lidská onemocnění a vývoj.“
Potenciální využití
Fluorescenční sondy mohou vědcům pomoci studovat, jak se svaly obnovují po cvičení nebo jak se srdeční svaly přestavují po infarktu. Mohly by také pomoci lépe porozumět srdečním onemocněním spojeným s mutacemi v jiných sarkomerických proteinech, uvedla Franziska Rudolphová, první autorka článku.
„To je úžasné, sledovat endogenní varianty titinu v reálném čase od začátku do konce,“ řekla Rudolphová. „S těmito myšími modely a různými zobrazovacími technikami je možné provádět tolik experimentů.“
Tuto techniku by bylo možné potenciálně využít například ke sledování implantovaných buněk, aby se zjistilo, jak dobře se integrují do původního svalového vlákna a zda se správně spojují se svými novými sousedy, aby fungovaly jako celek, nebo ne. Takové poznatky by mohly ukázat, zda je buněčná terapie účinná.
Ověření nových nástrojů a vytvoření metod pro analýzu obrazu bylo náročné a vyžadovalo spolupráci s kolegy z berlínského Institutu pro medicínskou systémovou biologii MDC, Univerzitního lékařského centra v Göttingenu a Arizonské univerzity. Tým tvrdě pracoval na tom, aby ukázal, že fluorescenční proteiny, které jsou geneticky generovány, nemají žádné neočekávané vedlejší účinky na vývoj a funkci svalů nebo titinu.
Výzkumníci MDC pokračují ve zkoumání titinu pomocí nových nástrojů, včetně toho, jak kosterní svaly reagují na cvičení.
Reference
Rudolph et al. (2019) Resolving titin’s lifecycle and the spatial organization of protein turnover in mouse cardiomyocytes. PNAS. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.1904385116
Tento článek byl znovu publikován z následujících materiálů. Poznámka: materiál mohl být upraven kvůli délce a obsahu. Pro další informace se prosím obraťte na citovaný zdroj.