Investigadores del Centro Max Delbrück de Medicina Molecular de la Asociación Helmholtz MDC desarrollaron un modelo de ratón que les permite mirar dentro de un músculo en funcionamiento e identificar las proteínas que permiten que el sarcómero se contraiga, relaje, comunique sus necesidades de energía yse adaptaron al ejercicio. Específicamente, pudieron mapear proteínas en subregiones definidas del sarcómero, comenzando por el "disco Z", el límite entre los sarcómeros vecinos. Esto en sí mismo fue un avance significativo en el estudio del músculo estriado.
En el proceso, hicieron un descubrimiento inesperado: la miosina, una de las tres proteínas principales que forman las fibras musculares estriadas, parece ingresar al disco Z. Los modelos de cómo la miosina, la actina y la proteína elástica del andamio titin trabajan juntos tienenignoré en gran medida la posibilidad de que los filamentos de miosina penetren en la estructura del disco Z. Solo recientemente los científicos alemanes teorizaron que lo hacen, pero ninguna evidencia experimental ha validado el modelo, hasta ahora.
"Esto será inesperado incluso para los investigadores de miosina", dice el profesor Michael Gotthardt, quien dirige el Laboratorio de Biología Celular Neuromuscular y Cardiovascular del MDC y dirigió la investigación. "Llega a los conceptos básicos de cómo los músculos generan fuerza".
¿Quién está ahí?
El equipo de Gotthardt, incluidos los primeros autores, el Dr. Franziska Rudolph y la Dra. Claudia Fink, con la ayuda de colegas del MDC y la Universidad de Gotinga, nunca se propuso validar esta teoría. Su objetivo principal era identificar las proteínas dentro y cerca deDisco Z. Para hacer esto, desarrollaron un modelo de ratón con una enzima artificial, llamada BioID, insertada en la proteína gigante titina. La Titina-BioID luego etiquetó proteínas cerca del disco Z.
Los sarcómeros son máquinas moleculares diminutas, repletas de proteínas que interactúan estrechamente. Hasta ahora ha sido imposible separar proteínas específicas de las diferentes subregiones, especialmente en el músculo vivo y funcional ". Titin-BioID investiga regiones específicas de la estructura del sarcómero in vivo", dice el Dr. Philipp Mertins, que dirige el Laboratorio de Proteómica del MDC." Esto no había sido posible antes ".
El equipo es el primero en usar BioID en animales vivos en condiciones fisiológicas e identificó 450 proteínas asociadas con el sarcómero, de las cuales ya se conocía aproximadamente la mitad. Encontraron diferencias notables entre el corazón y el músculo esquelético, y los ratones adultos versus neonatales, quese relacionan con la estructura, la señalización y el metabolismo del sarcómero. Estas diferencias reflejan la necesidad de tejido adulto para optimizar el rendimiento y la producción de energía versus el crecimiento y la remodelación en el tejido neonatal.
"Queríamos saber quién está allí, saber quiénes son los jugadores", dice Gotthardt. "La mayoría se esperaba, validando nuestro enfoque".
La sorpresa
La proteína que no esperaban ver en el disco Z era la miosina, que está integrada en el sitio opuesto del sarcómero. Cuando un músculo se dispara para moverse, la miosina camina a lo largo de la actina y acerca los discos Z vecinos.Este deslizamiento de los filamentos de actina y miosina crea la fuerza que permite que nuestro corazón bombee sangre o nuestro músculo esquelético para mantener la postura o levantar un objeto.
Este llamado "modelo de filamento deslizante" del sarcómero describe la producción de fuerza y ayuda a explicar cómo se relacionan la fuerza y la longitud del sarcómero. Sin embargo, los modelos actuales tienen problemas para predecir el comportamiento de los sarcómeros totalmente contraídos. Esos modelos han asumido que la miosina no ingresa alDisco Z en su camino a lo largo de la actina. Ha habido algunos indicios de que tal vez continúe ". Pero no sabíamos si lo que estábamos viendo en muestras de tejido teñido era un artefacto o la vida real", dice Gotthardt. "Con BioIDpodemos sentarnos en el disco Z y ver pasar la miosina ".
Gotthardt está de acuerdo con la teoría propuesta de que la miosina que ingresa al disco Z puede limitar o amortiguar la contracción. Esto podría ayudar a resolver el problema actual que los científicos han tenido al calcular cuánta fuerza puede crear una fibra muscular en relación con su longitud y conducir a unmodelo refinado del sarcómero y posiblemente sirva para proteger el músculo de una contracción excesiva.
Por qué es importante
Es importante comprender cómo se extienden y se contraen las fibras musculares a nivel molecular en condiciones normales para que los investigadores puedan identificar qué sucede mal cuando los músculos están dañados, enfermos o atrofiados con la edad. Identificar qué proteínas están causando problemas podría ayudar a identificar un tratamiento novedosoobjetivos para pacientes con enfermedades del corazón o trastornos del músculo esquelético.
Gotthardt y su equipo planean usar BioID para estudiar animales con diferentes patologías, para ver qué proteínas están involucradas en la atrofia muscular, por ejemplo. "Tal vez una proteína que normalmente no está allí entra al sarcómero, y es parte dela patología ", dice Gotthardt." Podemos encontrarla con BioID ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Centro Max Delbrück de Medicina Molecular en la Asociación Helmholtz . Original escrito por Laura Petersen. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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