Utilizând noi tehnici de imagistică de înaltă rezoluție, cercetătorii de la MDC și colegii lor au urmărit titina, cea mai mare proteină a organismului, în timp real de-a lungul întregului său ciclu de viață. Metoda și rezultatele ar putea oferi noi informații despre dezvoltarea mușchilor, precum și despre tratarea mușchilor deteriorați și a bolilor de inimă.
Așa cum luminițele sclipitoare luminează sezonul sărbătorilor, cercetătorii de la Centrul Max Delbrück pentru Medicină Moleculară sunt înveseliți de lumini roșii și verzi pentru un motiv cu totul diferit. Cu ajutorul unor sonde colorate, o echipă a urmărit întregul ciclu de viață al titinei, cea mai mare proteină din organism, cunoscută ca jucând un rol cheie în țesutul muscular. Observarea titinei de la sinteză până la degradare a oferit o perspectivă nouă asupra formării sarcomerelor, principalele unități contractile ale mușchilor cardiaci și scheletici.
Titina este o moleculă atât de mare încât analiza sa oferă provocări unice. Echipa a atașat etichete fluorescente roșii și verzi la capetele opuse ale proteinei, permițându-le să observe mișcările precise ale titinei în celulele musculare derivate din inima de șoarece, numite cardiomiocite.
„Cardiomiocitele sunt foarte specializate și nu pot sări peste o bătaie”, a declarat Michael Gotthardt, care conduce Laboratorul de Biologie Celulară Neuromusculară și Cardiovasculară de la MDC și care a condus cercetarea. „Putem urmări modul în care titina este fabricată și inserată în miofilament în timp ce totul este încă în funcțiune. Este frumos de văzut.”
Nu doar o imagine frumoasă
Cunoașterea obținută prin posibilitatea de a urmări titina în timp real este semnificativă. Mult timp s-a presupus că titina este coloana vertebrală rigidă a sarcomerelor, segmentele funcționale de bază ale inimii și ale mușchilor scheletici care se extind și se contractă. Se pare că titina este mult mai dinamică decât se credea până acum, a spus Gotthardt.
Celele musculare cardiace par să aibă o rezervă de titină solubilă răspândită în tot sarcomerul, gata să înlocuiască proteinele deteriorate în procesul repetitiv de expansiune și contracție musculară. Proteinele suprasolicitate sunt mutate în afara celulelor și apoi degradate. Toate acestea se întâmplă în decurs de câteva ore, ceea ce pare rapid, dar este de fapt mult mai mult decât pentru orice altă proteină sarcomerică.
Cantitatea mare de titină localizată în afara sarcomerului a fost ca o surpriză, observată pentru prima dată datorită noului model genetic de șoarece și a tehnicii de imagistică, a declarat Gotthardt. O altă descoperire neașteptată a fost diversitatea moleculelor de titină, numite izoforme, care au fost observate. Proteinele care se mișcă mai repede sunt probabil diferite izoforme decât cele care se mișcă mai lent.
„Aceasta este o privire asupra vieții reale a sarcomerului”, a spus Gotthardt. „Putem înțelege formarea și remodelarea structurii miofilamentului, care are relevanță pentru bolile și dezvoltarea umană.”
Aplicații potențiale
Sondele fluorescente pot ajuta cercetătorii să studieze modul în care mușchii se reconstruiesc după exerciții fizice sau cum se remodelează mușchii inimii după un atac de cord. De asemenea, ele ar putea ajuta la o mai bună înțelegere a bolilor cardiace asociate cu mutații în alte proteine sarcomerice, a declarat Franziska Rudolph, primul autor al lucrării.
„Este uimitor, să urmărim variantele titinei endogene în timp real de la început până la sfârșit”, a spus Rudolph. „Atât de multe experimente sunt posibile cu aceste modele de șoareci și diferite tehnici de imagistică.”
De exemplu, tehnica ar putea fi potențial folosită pentru a urmări celulele implantate pentru a vedea cât de bine se integrează cu fibra musculară nativă și dacă se conectează în mod corespunzător cu noile lor vecine pentru a lucra ca o unitate sau nu. O astfel de perspectivă ar putea arăta dacă terapiile pe bază de celule sunt eficiente.
Validarea instrumentelor noi și stabilirea metodelor de analiză a imaginilor a fost o provocare și a necesitat colaborarea cu colegii de la Institutul de Biologie a Sistemelor Medicale din Berlin al MDC, de la Centrul Medical Universitar din Göttingen și de la Universitatea din Arizona. Echipa a muncit din greu pentru a arăta cum proteinele fluorescente, care sunt generate genetic, nu au avut efecte secundare neașteptate asupra dezvoltării și funcției mușchilor sau a titinei.
Cercetătorii MDC continuă să investigheze titina cu noile instrumente, inclusiv modul în care mușchii scheletici răspund la exerciții fizice.
Referință
Rudolph et al. (2019) Resolvarea ciclului de viață al titinei și organizarea spațială a schimbării proteinei în cardiomiocitele de șoarece. PNAS. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.1904385116
Acest articol a fost republicat din următoarele materiale. Notă: este posibil ca materialul să fi fost editat pentru lungime și conținut. Pentru informații suplimentare, vă rugăm să contactați sursa citată.
.