Az MDC kutatói és munkatársai új, nagy felbontású képalkotó technikák segítségével valós időben követték a test legnagyobb fehérjéjét, a titint annak teljes életciklusa során. A módszer és az eredmények új betekintést nyújthatnak az izomfejlődésbe, valamint a sérült izmok és a szívbetegségek kezelésébe.
Amint a csillogó fények feldobják az ünnepi időszakot, a Max Delbrück Center for Molecular Medicine kutatói egészen más okból örülnek a piros és zöld fényeknek. Egy csapat színes szondák segítségével követte nyomon a titin teljes életciklusát, a szervezet legnagyobb fehérjéjét, amelyről ismert, hogy kulcsszerepet játszik az izomszövetben. A titin megfigyelése a szintézistől a lebomlásig újszerű betekintést nyújtott a szarkomerek, a szív- és vázizomzat fő összehúzódási egységeinek kialakulásába.
A titin olyan nagy molekula, hogy elemzése egyedülálló kihívást jelent. A kutatócsoport vörös és zöld fluoreszcens címkéket csatolt a fehérje ellentétes végeire, ami lehetővé tette számukra, hogy megfigyeljék a titin pontos mozgását az egérszívből származó izomsejtekben, az úgynevezett kardiomiocitákban.
“A kardiomiociták rendkívül specializáltak, és nem tudnak kihagyni egy ütemet sem” – mondta Michael Gotthardt, aki az MDC Neuromuscularis és Kardiovaszkuláris Sejtbiológiai Laboratóriumát vezeti, és a kutatás élére állt. “Meg tudjuk nézni, hogyan készül a titin, és hogyan illeszkedik be a myofilamentumba, miközben még minden működik. Gyönyörű látvány.”
Nem csak egy szép kép
A titin valós idejű megfigyeléséből nyert betekintés jelentős. A titinről régóta feltételezték, hogy a szarkomerek – a szív- és vázizmok alapvető funkcionális szegmensei, amelyek tágulnak és összehúzódnak – merev gerincét alkotja. Kiderült, hogy a titin sokkal dinamikusabb, mint korábban gondolták, mondta Gotthardt.
A szívizomsejtek a jelek szerint rendelkeznek egy, a szarkomerben szétszóródott oldható titin-tartalékkal, amely készen áll arra, hogy az izom tágulásának és összehúzódásának ismétlődő folyamata során károsodott fehérjéket pótolja. A túlterhelt fehérjék kimozdulnak a sejtekből, majd lebomlanak. Mindez néhány óra alatt történik, ami gyorsan hangzik, de valójában sokkal hosszabb idő, mint bármely más szarkomer fehérje esetében.
A szarkomeren kívül elhelyezkedő titin nagy mennyisége meglepetés volt, amelyet az új genetikai egérmodellnek és a képalkotó technikának köszönhetően először láttunk, mondta Gotthardt. Egy másik váratlan felfedezés a megfigyelt titinmolekulák, az úgynevezett izoformák sokfélesége volt. A gyorsabban mozgó fehérjék valószínűleg más izoformák, mint a lassabban mozgók.
“Ez egy pillantás a szarkomer valódi életébe” – mondta Gotthardt. “Megérthetjük a myofilamentum szerkezetének kialakulását és átalakulását, aminek jelentősége van az emberi betegségek és fejlődés szempontjából.”
Potenciális alkalmazások
A fluoreszcens szondák segítségével a kutatók tanulmányozhatják, hogyan épülnek újjá az izmok edzés után, vagy hogyan alakulnak át a szívizmok egy szívroham után. Emellett segíthetnek jobban megérteni a más szarkomerfehérjék mutációival összefüggő szívbetegségeket is, mondta Franziska Rudolph, a tanulmány első szerzője.
“Ez elképesztő, hogy az endogén titinvariánsokat valós időben követhetjük az elejétől a végéig” – mondta Rudolph. “Nagyon sok kísérlet lehetséges ezekkel az egérmodellekkel és különböző képalkotó technikákkal.”
Ezzel a technikával például potenciálisan nyomon lehetne követni a beültetett sejteket, hogy lássuk, mennyire jól integrálódnak a natív izomrostokba, és hogy megfelelően kapcsolódnak-e új szomszédaikhoz, hogy egységként működjenek vagy sem. Az ilyen betekintés megmutathatná, hogy a sejtalapú terápiák hatékonyak-e.
Az új eszközök validálása és a képelemzési módszerek kialakítása kihívást jelentett, és az MDC Berlin Institute for Medical Systems Biology, a University Medical Center Göttingen és az Arizonai Egyetem munkatársaival való együttműködést igényelte. A csapat keményen dolgozott, hogy megmutassa, a genetikailag előállított fluoreszcens fehérjéknek nincsenek váratlan mellékhatásai az izomzat vagy a titin fejlődésére és működésére.
A MDC kutatói folytatják a titin vizsgálatát az új eszközökkel, beleértve azt is, hogy a vázizomzat hogyan reagál a testmozgásra.
Hivatkozás
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
Ez a cikk a következő anyagokból került újraközlésre. Megjegyzés: az anyagot hossz és tartalom miatt szerkeszthették. További információért kérjük, forduljon az idézett forráshoz.