Прорывное открытие проливает свет на здоровье сердца и мышц

Фибрилляция предсердий, сердечная недостаточность и инсульт — гипертрофическая кардиомиопатия может привести ко многим серьезным заболеваниям и является одной из основных причин внезапной сердечной смерти у людей моложе 35 лет.

Сердечная мышца — это центральный двигатель человеческого организма. Конечно, легче починить сломанный двигатель, если знаешь, как он устроен и как функционирует, — говорит Штефан Раунсер.

В начале наших исследований мышечной ткани мы успешно визуализировали структуру основных строительных блоков мышцы и их взаимодействие с помощью электронной криомикроскопии. Однако это были статичные изображения белков, взятых из живой клетки. Они мало что говорят нам о том, как динамическое взаимодействие компонентов мышцы, отличающееся высокой изменчивостью, приводит мышцу в движение в ее естественной среде.

Через толстые и тонкие слои

Скелетные и сердечные мышцы сокращаются при взаимодействии двух типов параллельных белковых филаментов в саркомере: тонких и толстых. Саркомер подразделяется на несколько областей, называемых зонами и полосами, в которых эти филаменты расположены по-разному. Тонкая нить состоит из F-актина, тропонина, тропомиозина и небулина.

Толстая нить образована миозином, титином и миозин-связывающим белком С (MyBP-C). Последний может образовывать связи между филаментами, в то время как миозин, так называемый моторный белок, взаимодействует с тонкой нитью, создавая силу и сокращение мышцы.

Изменения в белках толстой нити связаны с заболеваниями мышц. Детальное представление о толстом филаменте имело бы огромное значение для разработки терапевтических стратегий лечения этих заболеваний, однако до сих пор оно отсутствует.

Вехи в исследовании мышц

Если вы хотите полностью понять, как работает мышца на молекулярном уровне, вам необходимо представить ее компоненты в естественной среде — это одна из самых больших проблем в биологических исследованиях, которую сегодня невозможно решить с помощью традиционных экспериментальных подходов, — говорит Раунсер. Для преодоления этого препятствия его команда разработала технологию электронной криотомографии, специально предназначенную для исследования образцов мышц.

Ученые замораживают образцы сердечной мышцы млекопитающих, изготовленные группой Gautel в Лондоне, при очень низкой температуре (- 175 °C). Это позволяет сохранить их гидратацию и тонкую структуру, а значит, и нативное состояние. Затем с помощью сфокусированного ионного пучка (FIB-фрезерования) образцы истончаются до идеальной толщины около 100 нанометров для просвечивающего электронного микроскопа, который получает множество изображений при наклоне образца вдоль оси. Наконец, вычислительные методы восстанавливают трехмерное изображение с высоким разрешением.

В последние годы группа Раунсера успешно применяет адаптированную схему работы, результатом чего стали две новаторские публикации: В них впервые получены изображения высокого разрешения саркомера и до сих пор неясного мышечного белка небулина. Оба исследования позволяют получить беспрецедентное представление о трехмерной организации мышечных белков в саркомере, например, о том, как миозин связывается с актином для управления сокращением мышцы, и как небулин связывается с актином для его стабилизации и определения его длины.

Завершение картины

В своем исследовании ученые впервые получили изображение с высоким разрешением толстой нити сердечной мышцы, протянувшейся через несколько участков саркомера.

При длине 500 нм это самая длинная и большая структура, когда-либо разрешенная с помощью крио-ЭТ, — говорит Давиде Тамборрини из MPI Дортмунда, первый автор исследования. Еще более впечатляющими являются новые сведения о молекулярной организации толстой нити и, следовательно, о ее функции.

Расположение молекул миозина зависит от их положения в филаменте. Ученые предполагают, что это позволяет толстой нити воспринимать и обрабатывать многочисленные сигналы, регулирующие работу мышц, и таким образом регулировать силу мышечного сокращения в зависимости от участка саркомера. Они также выяснили, как цепи титина проходят вдоль филамента. Цепи титина переплетаются с миозином, выступая в качестве каркаса для его сборки и, вероятно, организуя активацию саркомера в зависимости от его длины.

Наша цель — когда-нибудь нарисовать полную картину саркомера. Изображение толстой нити, полученное в данном исследовании, — это «всего лишь» снимок в расслабленном состоянии мышцы. Чтобы полностью понять, как функционирует саркомер и как он регулируется, мы хотим проанализировать его в различных состояниях, например, во время сокращения, — говорит Раунсер.

Сравнение с образцами, полученными у пациентов с мышечными заболеваниями, в конечном итоге будет способствовать лучшему пониманию таких заболеваний, как гипертрофическая кардиомиопатия, и разработке инновационных методов лечения.

01.11.2023


Подписаться в Telegram



Здоровье

AJT: Старые органы ускоряют старение получателей трансплантатов
AJT: Старые органы ускоряют старение получателей трансплантатов

Большинство операций по пересадке органов...

Lancet D&E: Добавки с витамином D бессильны против детских переломов
Lancet D&E: Добавки с витамином D бессильны против детских переломов

Крупное клиническое исследование, проведенное ...

Можно ли предотвратить преэклампсию
Можно ли предотвратить преэклампсию

Преэклампсия — это загадочное ...

PLOS ONE: Определена область мозга, в которой слепые распознают лица по звуку
PLOS ONE: Определена область мозга, в которой слепые распознают лица по звуку

С помощью специализированного устройства, пере...

JAD: Потеря слуха связана с малозаметными изменениями в головном мозге
JAD: Потеря слуха связана с малозаметными изменениями в головном мозге

Потеря слуха затрагивает более 60% взрослых в&...

JACC: Молодежь более восприимчива к влиянию факторов риска атеросклероза
JACC: Молодежь более восприимчива к влиянию факторов риска атеросклероза

Согласно результатам исследования, проведенног...

СПбГУ: Даже кратковременный стресс связан с повреждением ДНК
СПбГУ: Даже кратковременный стресс связан с повреждением ДНК

Ученые из Санкт-Петербургского государств...

Пациенты с артритом стареют быстрее, если чувствуют себя старыми
Пациенты с артритом стареют быстрее, если чувствуют себя старыми

По данным нового исследования, проведенного уч...

JAMA Pediatrics: Молодежь все чаще и больше употребляет мелатонин
JAMA Pediatrics: Молодежь все чаще и больше употребляет мелатонин

Почти каждый пятый ребенок школьного возраста ...

Стресс в начале жизни меняет мозг сильнее, чем травма головы
Стресс в начале жизни меняет мозг сильнее, чем травма головы

Когда исследователи начали изучать вопрос о&nb...

Температура кожи у женщин не менее предсказуема, чем мужская
Температура кожи у женщин не менее предсказуема, чем мужская

Физиологические данные женщин столь же пр...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Nature Geoscience: Ученые возвестили начало лунного антропоцена
Nature Geoscience: Ученые возвестили начало лунного антропоцена
NeuroImage: Найдено объяснение разного уровня эритроцитов в крови новорожденных
NeuroImage: Найдено объяснение разного уровня эритроцитов в крови новорожденных
PLOS ONE: Разработана система для предотвращения потери природных ресурсов
PLOS ONE: Разработана система для предотвращения потери природных ресурсов
Хирургия полезна для некоторых детей с легким нарушением дыхания во сне
Хирургия полезна для некоторых детей с легким нарушением дыхания во сне
PLOS ONE: Сойки и вороны по-разному реагируют на появление конкурентов
PLOS ONE: Сойки и вороны по-разному реагируют на появление конкурентов
Исследователи составили карту воздействия кетамина на мозг
Исследователи составили карту воздействия кетамина на мозг
Мозг новорожденных только кажется недоразвитым по сравнению с другими приматами
Мозг новорожденных только кажется недоразвитым по сравнению с другими приматами
PNAS: Есть ли признаки жизни на холодной луне Сатурна?
PNAS: Есть ли признаки жизни на холодной луне Сатурна?
Исследование показало, как важный белок сбалансировал клеточные мембраны
Исследование показало, как важный белок сбалансировал клеточные мембраны
AJT: Старые органы ускоряют старение получателей трансплантатов
AJT: Старые органы ускоряют старение получателей трансплантатов
Ученые предложили собирать воду из воздуха с помощью солнечной энергии
Ученые предложили собирать воду из воздуха с помощью солнечной энергии
В Science Advances опубликовали новые сведения о гибели динозавров
В Science Advances опубликовали новые сведения о гибели динозавров
JI: В-клетки вырабатывают антитела, которые подавляют аутоиммунный патогенез
JI: В-клетки вырабатывают антитела, которые подавляют аутоиммунный патогенез
Nature Comm: Робот, созданный по образу улитки, соберет микропластик в океане
Nature Comm: Робот, созданный по образу улитки, соберет микропластик в океане
Соленые иммунные клетки в мозге связаны с деменцией, вызванной гипертонией
Соленые иммунные клетки в мозге связаны с деменцией, вызванной гипертонией

Новости компаний, релизы

НАИРИТ объявит итоги Всероссийского инновационного конкурса 21 февраля
НАИРИТ объявит итоги Всероссийского инновационного конкурса 21 февраля
«Инструменты инновационного развития»
«Инструменты инновационного развития»
3 причины перехода с печатной рекламы на цифровую
3 причины перехода с печатной рекламы на цифровую
Виды резервирования серверов для задач АСУ ТП
Виды резервирования серверов для задач АСУ ТП
Выбор клиники и лечащего врача с помощью специализированного сервиса
Выбор клиники и лечащего врача с помощью специализированного сервиса