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: Телеграм | Дзен | Вконтакте


Здоровье

Ученые нашли причину Альцгеймера и способ ее блокировать
Ученые нашли причину Альцгеймера и способ ее блокировать

Ученые из Калифорнийского университета в&...

Ученые выяснили, как малярия провоцирует рак у детей
Ученые выяснили, как малярия провоцирует рак у детей

Новые данные раскрыли связь между малярие...

ИИ помогает точнее выявлять насилие над детьми в больницах
ИИ помогает точнее выявлять насилие над детьми в больницах

Новое исследование показало, что искусств...

Антибиотики в раннем детстве приводят к лишнему весу
Антибиотики в раннем детстве приводят к лишнему весу

Новое исследование показало: если ребенок...

От матери или от отца? Как ДНК решает, какой ген включить
От матери или от отца? Как ДНК решает, какой ген включить

Новое исследование показало, что современ...

Как пуповинная кровь помогает предсказать болезни ребенка
Как пуповинная кровь помогает предсказать болезни ребенка

Пуповина может стать своего рода волшебным шар...

Окружающая среда меняет наше здоровье на молекулярном уровне
Окружающая среда меняет наше здоровье на молекулярном уровне

Каждый наш вдох, каждая съеденная пища, к...

Курение, выпивка и диван: три привычки делают немощным в 36 лет
Курение, выпивка и диван: три привычки делают немощным в 36 лет

Новое исследование доказало: вредные привычки ...

Аутизм не ускоряет потерю памяти с возрастом
Аутизм не ускоряет потерю памяти с возрастом

Новое исследование ученых из Университетс...

ИИ нашел лекарства от долгого ковида. Теперь их испытают
ИИ нашел лекарства от долгого ковида. Теперь их испытают

Ученые из Университета Западного Онтарио ...

Опухоль не спрячется: ИИ находит риск рецидива по серии МРТ
Опухоль не спрячется: ИИ находит риск рецидива по серии МРТ

Искусственный интеллект открывает новые возмож...

Ученые нашли способ предсказывать рецидивы васкулита
Ученые нашли способ предсказывать рецидивы васкулита

Раньше считалось, что нейтрофилы &md...

Ученые создали безопасные бактерии для йогурта
Ученые создали безопасные бактерии для йогурта

Команда из Университета Кобе научилась ре...

ИИ нашел 30 потенциальных лекарств от смертельных вирусов
ИИ нашел 30 потенциальных лекарств от смертельных вирусов

Группа биомедицинских исследователей из С...

Быстрее ПЦР, точнее антител: разработана новая диагностика вирусов
Быстрее ПЦР, точнее антител: разработана новая диагностика вирусов

Ученые создали устройство, которое быстро нахо...

Подростки, которые спят дольше, имеют лучшую память
Подростки, которые спят дольше, имеют лучшую память

Подростки, которые спят дольше и ложатся ...

Почти у половины онкобольных после химиотерапии страдает сердце
Почти у половины онкобольных после химиотерапии страдает сердце

Исследователи из Института персонализиров...

Сердце на грани: как предсказать опасность после инфаркта
Сердце на грани: как предсказать опасность после инфаркта

Ученые из Пензенского государственного ун...

Psychedelics: Одна доза психоделика улучшает работу мозга на недели
Psychedelics: Одна доза психоделика улучшает работу мозга на недели

Ученые из Мичиганского университета обнар...

ПЦР отдыхает: ученые улучшили анализ ДНК в 10 раз
ПЦР отдыхает: ученые улучшили анализ ДНК в 10 раз

ПЦР-диагностика стала известна всем после панд...

Поиск на сайте

ТОП - Новости мира, инновации

Лекарства без брака: науке пора перестать мешать компоненты в блендере
Лекарства без брака: науке пора перестать мешать компоненты в блендере
Найден способ перезаписывать данные без электричества
Найден способ перезаписывать данные без электричества
Не еда, а биология: вот почему с годами жир копится именно на животе
Не еда, а биология: вот почему с годами жир копится именно на животе
ИИ помогает точнее выявлять насилие над детьми в больницах
ИИ помогает точнее выявлять насилие над детьми в больницах
Как люди пережили ледниковый период в Казахстане
Как люди пережили ледниковый период в Казахстане
Не все «зомби-клетки» одинаково опасны: ученые нашли способ их сортировать
Не все «зомби-клетки» одинаково опасны: ученые нашли способ их сортировать
Как пуповинная кровь помогает предсказать болезни ребенка
Как пуповинная кровь помогает предсказать болезни ребенка
Кто пожалеет обезьяну: неожиданная правда о шимпанзе и бонобо
Кто пожалеет обезьяну: неожиданная правда о шимпанзе и бонобо
Социальное обучение без розовых очков: как мы перенимаем чужой опыт
Социальное обучение без розовых очков: как мы перенимаем чужой опыт
Запутанность без шума: ученые нашли способ очистить квантовую связь
Запутанность без шума: ученые нашли способ очистить квантовую связь
Антибиотики в раннем детстве приводят к лишнему весу
Антибиотики в раннем детстве приводят к лишнему весу
Сладкая жизнь стволовых клеток: галактоза стала эликсиром молодости
Сладкая жизнь стволовых клеток: галактоза стала эликсиром молодости
Аутизм не ускоряет потерю памяти с возрастом
Аутизм не ускоряет потерю памяти с возрастом
От матери или от отца? Как ДНК решает, какой ген включить
От матери или от отца? Как ДНК решает, какой ген включить
Найдены 5 белков, которые кричат об опасности за 16 лет до катастрофы с печенью
Найдены 5 белков, которые кричат об опасности за 16 лет до катастрофы с печенью

Новости компаний, релизы

Крипта для людей: почему сложные сервисы теряют пользователей
«Точки роста» в действии: как школы Симферопольского района перестали быть скучными
На одной волне: университет и госструктура усиливают IT-суверенитет
Оперировать в VR: студенты придумали симулятор для хирургов
Без готовых рецептов: эксперты — о том, как работать с молодежью