Разговор о привередливой работе
Саркомеры – это наименьшая единица в мышце, в которой все молекулы, отвечающие за работу мышц, могут быть найдены нетронутыми. Эти крохотные структуры, примерно в сто раз меньше в диаметре, чем средний человеческий волос, работают сообща, создавая силу во время сокращения мышц. Ученым уже давно известно, что когда мышцы активны, многие миллионы саркомеров работают вместе, и что сбои в работе мышц могут быть вызваны, по крайней мере, частично, из-за недопонимания между саркомерами.
Но как именно происходит это общение, до сих пор оставалось загадкой. Потому что раньше никому не удавалось изолировать ни одного саркомера, посмотреть его в действии и измерить происходящее.
«Это было очень, очень сложно, а иногда и расстраивало студентов, работавших над этим проектом в течение последних нескольких лет», – говорит Дилсон Рассье, преподающий на кафедре кинезиологии в McGill и ведущий исследователь исследования, недавно опубликованного в журнал Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. «Мы использовали микропроцессорные иглы для измерения силы и высокотехнологичную микроскопию, чтобы изолировать саркомеры, а затем наблюдать, как они сокращаются. Одному из наших сотрудников пришлось разработать математическую модель для анализа данных, потому что задействованные числа были настолько мизерными и такими точными."
Увеличение микроскопических мини-мускулов в действии
От 2000 до 2500 саркомеров находятся вместе в связанных спиралях в каждых 10 миллиметрах мышечного волокна. Чтобы наблюдать за саркомерами в действии, исследователям сначала пришлось выделить одну миофибриллу (основные стержневидные единицы, составляющие мышечную ткань), а затем увеличить изображение отдельного саркомера. Затем они экспериментировали с различными концентрациями кальция (который отвечает за активацию и расслабление мышц), чтобы заставить саркомеры сокращаться и измерять их силу.
Они обнаружили, что в здоровой миофибрилле все соседние саркомеры приспосабливаются к активации одного-единственного саркомера. Это новое и провокационное открытие, демонстрирующее механизм взаимодействия саркомеров в миофибрилле, связанный со специфическими свойствами саркомерных молекул. Эта межсаркомерная динамика имеет решающее значение для понимания молекулярного механизма сокращения.
Рассье радуется результатам: «Моей группе пришлось усердно поработать, чтобы завершить это исследование, но результаты того стоили.
Техника открывает множество возможностей в области мышц. С тех пор, как мы опубликовали наши результаты несколько недель назад, я слышал от биофизиков и физиологов со всего мира, которые были в восторге от этого. Наш следующий шаг – изучить, что происходит при сердечной недостаточности и других заболеваниях мышечной системы, когда саркомеры не могут сотрудничать."