Гигантское тайское насекомое раскрывает ключи к сердечным заболеваниям человека

Исследование, опубликованное в Science Advances, дает ученым лучшее понимание того, как работает сердечная мышца и почему иногда она дает сбой.

Профессор Кеннет Тейлор и его команда использовали электронный микроскоп, чтобы получить первое трехмерное изображение крошечной нити (филамента) важной мышцы, которую использует для полета крупный водяной клоп Lethocerus indicus. Этот филамент состоит из цепочек белка миозина, которые производят силу, необходимую для сокращения мышц. Изображение впервые показывает отдельные молекулы в филаменте в расслабленном состоянии, что необходимо для повторного удлинения мышц.

"После того как вы сократили бицепс... вам нужно, чтобы этот филамент принял свою расслабленную структуру, чтобы после сокращения трицепс мог снова разогнуть ваш бицепс", — пояснил Тейлор.

Ученые давно изучают летательные мышцы L. indicus, чтобы лучше понять работу человеческого сердца. И мышцы насекомого, и сердце млекопитающего работают ритмично.

Мутации, вызывающие многие наследственные заболевания сердечной мышцы, идентифицированы, но их трудно изучать на млекопитающих, так как сердце жизненно важно. Однако эти мутации можно исследовать на насекомых, в частности, через этот филамент. Мутации, даже слегка изменяющие функцию миозина, могут иметь кумулятивный эффект при ритмичном сокращении мышцы.

Все мышцы имеют два типа филаментов: актин и миозин. Ключевое различие в том, что миозин состоит из двух частей: молекулярного мотора и очень длинного стержня. Стержни многих молекул миозина образуют основу филамента. При сокращении мышцы молекулярные моторы на миозиновом филаменте захватывают и тянут актиновые филаменты, заставляя мышцу укорачиваться. Упаковка миозиновых стержней внутри основы должна быть достаточно прочной, чтобы выдерживать эту силу.

Новое изображение показывает, как расположены молекулярные моторы, чтобы предотвратить контакт с актиновым филаментом и облегчить повторное удлинение мышцы. Одновременно видна плотная упаковка миозиновых стержней, похожая на "бамбуковый лес".

"Изображение отвечает на множество вопросов о миозиновых филаментах, над которыми ученые ломали голову десятилетиями", — сказал Тейлор.

Открытие особенно важно, потому что мутации в миозине могут вызывать кардиомиопатию — заболевание сердечной мышцы. Около трети мутаций миозина, вызывающих кардиомиопатии, происходят в стержневой области.

"Многие из этих мутаций, приводящих к кардиомиопатии, могут быть поняты с точки зрения нарушенного расслабления мышц", — отметил Тейлор.

Это детальное изображение "взбудораживает область исследований мышц". Тейлор надеется, что этот прорыв приведет к новым методам лечения кардиомиопатии в будущем.

Следующий шаг — повышение разрешения изображений, чтобы четко видеть отдельные аминокислоты и точно определять ключевые взаимодействия между ними.

"Мы изучаем летательную мышцу насекомого, потому что это более простой путь к пониманию человеческих заболеваний. В конечном счете, мы должны понимать человеческие болезни либо на основе человеческих филаментов, либо, по крайней мере, филаментов млекопитающих", — заключил Тейлор.