Monitorowanie pracy serca przekracza kolejną barierę

Naukowcy z University of Arizona oraz z Max Delbrueck Center for Molecular Medicine University Medical Center Goettingen potrafią obserwować co się dzieje się w czasie rzeczywistym z tytyną (największym białkiem w organizmie). Metoda znaczników fluorescencyjnych zapewnia spektakularny wgląd w pracę mięśni. Dzięki temu może pomóc w opracowaniu unikatowej koncepcji leczenia uszkodzonych tkanek mięśniowych, głównie serca.

Zespołowi uczonych udało się „przymocować” czerwone i zielone znaczniki fluorescencyjne do przeciwległych końców białka. W ten sposób udało im się obserwować precyzyjne ruchy tytyny (białka odgrywającego podstawową rolę w pracy tkanki mięśniowej). W tym konkretnym przypadku chodziło o komórki mięśniowe serca myszy, zwane kardiomiocytami.

Wyniki ich prac zostały opublikowane w czasopiśmie Proceedings of National Academy of Sciences (PNAS).

Korzystając z fluoroscencyjnych mikrosond koloru czerwonego i zielonego zespół śledził pełny cykl życia tytyny. Obserwacja tego białka (od syntezy do degradacji) zapewnia poszerzony wgląd w tworzenie się sarkomerów – podstawowych kurczliwych struktur serca i mięśni szkieletowych. Ujmując lapidarnie sarkomer jest w istocie złożonym kompleksem kilkunastu białek, które tworzą dwa podstawowe filamenty (grube i cienkie). Ich wzajemne oddziaływania (pod wpływem jonów wapnia) powodują skurcz sarkomerów i co za tym idzie również skurcz całych mięśni.

Wiedza uzyskana dzięki możliwości oglądania tytyny w czasie rzeczywistym jest znacząca. Od dawna wiadomo, że tytyna stanowi niejako sztywny kręgosłup sakromerów, podstawowych funkcjonalnych segmentów mięśni serca, zapewniających skurcze i rozkurcze tkanki mięśniowej.

- Okazuje się, że tytyna jest znacznie bardziej dynamiczna niż wcześniej sądzono – zakomunikował Gotthardt, który kieruje Laboratorium Biologii Komórek z Max Delbrueck Center.

Komórki mięśnia sercowego dysponują „pulą” rozpuszczalnej tytyny, rozmieszczonej w sarkomerach. Jest ona gotowa do zastąpienia białek uszkodzonych w powtarzającym się procesie rozrostu i skurczu mięśni. Nadmiernie rozszerzone białka są usuwane z komórek, a następnie degradowane. Wszystko to dzieje się w ciągu kilku godzin. Dość szybko, ale w rzeczywistości to znacznie dłuższy proces niż w przypadku jakiegokolwiek innego białka sarkomerycznego.

Gotthardt powiedział, że dużym zaskoczeniem byłą znaczna ilość tytyny zlokalizowanej poza sarkomerem. Innym nieoczekiwanym odkryciem była obserwowana różnorodność cząsteczek tytyny, zwanych izoformami. Szybciej poruszające się białka prawdopodobnie mają całkowicie inną budowę niż te poruszające się wolniej.

- Sondy fluorescencyjne mogą pomóc badaczom zbadać, jak mięśnie odbudowują się po wysiłku lub jak przebudowują się po zawale mięśnia serca. Mogą również pomóc lepiej zrozumieć choroby serca związane z mutacjami w innych białkach sarkomerycznych – powiedziała, współuczestnicząca w badaniach, Franziska Rudolph.

- To niesamowite śledzić endogenne warianty tytyny w czasie rzeczywistym w całym procesie ich życia - powiedział Rudolph. Nową technikę można na przykład potencjalnie wykorzystać do śledzenia wszczepionych komórek, aby zobaczyć, jak dobrze integrują się z natywnym włóknem mięśniowym i czy prawidłowo łączą się z nowymi sąsiadami, aby pracować jako całość. Taki wgląd może pokazać, czy terapie komórkowe są skuteczne.