Раскрытие загадки сердца: революционные исследования раскрывают тайны саркомеров

к Тацуя Накамура
5 Комментарии
Cardiac Sarcomere Research

Революционное достижение в научных исследованиях позволило нам заглянуть в сложный мир сердечной мышцы млекопитающих, как никогда раньше. Этот выдающийся достижение включает в себя создание первого реалистичного 3D-изображения толстой нити, обнаруженной в сердечном саркомере, структурном компоненте сердечной мышцы.

Гипертрофическая кардиомиопатия — состояние, которое имеет такие тяжелые последствия, как фибрилляция предсердий, сердечная недостаточность и инсульт, особенно среди лиц в возрасте до 35 лет, — уже давно представляет значительную угрозу здоровью человека. Чтобы бороться с этим, первостепенное значение имеет понимание сложной структуры сердечной мышцы.

Доктор Стефан Раунсер, ведущая фигура в этих исследованиях, метко описывает сердечную мышцу как центральный двигатель человеческого тела. Аналогия убедительна; в конце концов, гораздо легче отремонтировать неисправный двигатель, если хорошо понимать его конструкцию и работу. Первоначально это исследование мышц привело к визуализации фундаментальных строительных блоков мышц и их взаимодействий с помощью электронной криомикроскопии. Однако эти статические изображения были извлечены из живых клеток, что дает ограниченное представление о динамическом взаимодействии мышечных компонентов в их естественной среде.

Сердечная мышца работает посредством скоординированного сокращения двух типов белковых нитей внутри саркомера: тонких и толстых нитей. Эти саркомеры делятся на различные зоны и полосы, каждая из которых имеет уникальное расположение нитей. Тонкая нить состоит из F-актина, тропонина, тропомиозина и небулина, тогда как толстая нить состоит из миозина, тайтина и миозинсвязывающего белка С (MyBP-C). Особо следует отметить, что MyBP-C служит связующим звеном между этими нитями, в то время как миозин, часто называемый «моторным белком», взаимодействует с тонкими нитями, создавая силу, необходимую для мышечного сокращения.

Понимание структуры толстой нити было недостижимой целью, несмотря на ее решающую роль в функции мышц и ее связь с различными мышечными заболеваниями. Эта сложная часть головоломки имеет первостепенное значение для разработки эффективных терапевтических стратегий борьбы с этими изнурительными состояниями.

Доктор Раунсер и его преданная команда столкнулись с этой проблемой, разработав специализированный рабочий процесс электронной криотомографии, адаптированный для изучения образцов мышц. Метод предполагает быстрое замораживание образцов сердечной мышцы млекопитающих при чрезвычайно низкой температуре (-175°C), сохраняя их естественную гидратацию и тонкую структуру. Впоследствии сфокусированный ионный луч применяется для утончения этих образцов до идеальной толщины примерно 100 нанометров для просвечивающей электронной микроскопии. Наклоняя образец вдоль оси, можно получить несколько изображений, а сложные вычислительные методы восстанавливают трехмерное изображение с высоким разрешением.

Недавние достижения команды доктора Раунсера включают изображения саркомера и ранее загадочного мышечного белка, известного как небулин, в высоком разрешении. Эти открытия открывают беспрецедентное понимание трехмерной организации мышечных белков внутри саркомера, проливая свет на такие важные аспекты, как то, как миозин взаимодействует с актином, контролируя сокращение мышц, и как небулин стабилизирует актин и определяет его длину.

В своей последней работе ученые представили первое изображение толстой сердечной нити с высоким разрешением, охватывающее несколько областей внутри саркомера. Его длина составляет 500 нанометров, что представляет собой монументальное достижение в области криоэлектронной томографии. Примечательно, что это исследование не только выявило структурные сложности толстой нити, но и дало представление о ее функции. Организация молекул миозина внутри нити, по-видимому, позволяет толстой нити воспринимать и обрабатывать различные сигналы, регулирующие мышцы, тем самым регулируя силу мышечного сокращения на основе области саркомера. Кроме того, исследование выявило сложное взаимодействие цепей тайтина с миозином, служащее основой для сборки и потенциально влияющее на зависимую от длины активацию саркомера.

Конечная цель этого неустанного исследования — нарисовать полную картину саркомера в различных состояниях, в том числе во время сокращения. Сравнивая образцы пациентов, страдающих мышечными заболеваниями, такими как гипертрофическая кардиомиопатия, исследователи стремятся получить бесценную информацию, которая может проложить путь к инновационным методам лечения.

Это замечательное путешествие во внутреннюю работу сердца является не только свидетельством неустанного поиска научных знаний, но и маяком надежды для тех, кто страдает от изнурительных заболеваний сердца. Новообретенное понимание саркомеров приближает нас на один шаг к разгадке тайн человеческого сердца и поиску решений его самых сложных заболеваний.

Ссылка: «Структура нативной миозиновой нити в расслабленном сердечном саркомере» Давиде Тамборрини, Жексина Вана, Торстена Вагнера, Себастьяна Таке, Маркуса Стабрина, Майкла Грейнджа, Ай Лин Хо, Мартина Риса, Полины Беннетт, Матиаса Готеля и Стефана Раунсера. , 32 октября 2023, Природа.
DOI: 10.1038/s41586-023-06690-5

Часто задаваемые вопросы (FAQ) об исследовании сердечного саркомера

Каково значение трехмерного изображения толстой нити сердечного саркомера?

Трехмерное изображение толстой нити сердечного саркомера имеет огромное значение, поскольку оно дает беспрецедентное понимание структуры и функции этого важного компонента сердечной мышцы. Понимание толстой нити жизненно важно для разработки терапевтических стратегий при мышечных заболеваниях и улучшения нашего понимания здоровья сердца.

Как было получено это 3D-изображение?

Это революционное изображение было создано с помощью специализированного рабочего процесса электронной криотомографии. Образцы сердечной мышцы млекопитающих были быстро заморожены при сверхнизкой температуре, сохранив их нативное состояние. Затем фрезерование сфокусированным ионным лучом использовалось для утонения образцов до идеальной толщины для просвечивающей электронной микроскопии. Вычислительные методы реконструировали 3D-изображение высокого разрешения.

Каковы потенциальные последствия мышечных заболеваний, таких как гипертрофическая кардиомиопатия?

Результаты этого исследования могут революционизировать понимание и лечение мышечных заболеваний, включая гипертрофическую кардиомиопатию. Изучая структуру и функцию толстой нити, исследователи могут разработать более целенаправленные и эффективные методы лечения этих изнурительных состояний.

Как это исследование способствует нашему пониманию функции мышц?

Это исследование не только дает представление о расслабленном состоянии мышцы, но также дает представление о том, как толстая нить организуется и взаимодействует с другими компонентами внутри саркомера. Эти знания могут помочь выяснить, как регулируется сокращение мышц и как оно реагирует на различные сигналы, что в конечном итоге улучшает наше понимание функции мышц.

Каково будущее направление этих исследований?

Цель — создать полную картину саркомера в различных состояниях, в том числе во время сокращения. Сравнение образцов пациентов с мышечными заболеваниями будет способствовать дальнейшему углублению нашего понимания и потенциально приведет к инновационным методам лечения заболеваний сердца.

Подробнее об исследовании сердечного саркомера

Вам также может понравиться

5 Комментарии

НаукаGeek89 1ТП2Т - 1ТП3Т

ВАУ, эта картинка потрясающая! как они это делают?_xD83D__xDE2E_

Отвечать
ДжонДоу27 1ТП2Т - 1ТП3Т

увлекательная вещь! 3D-изображение сердечной мышцы – круто!_xD83D__xDD2C_

Отвечать
ЗдоровьеNerd123 1ТП2Т - 1ТП3Т

Итак, что это значит для болезней сердца? подскажите пожалуйста!_xD83E__xDD14_

Отвечать
ИсследованияБафф 1ТП2Т - 1ТП3Т

они изучают мышцы, но не упоминают упражнения?_xD83D__xDCAA_

Отвечать
МедСтудент2023 1ТП2Т - 1ТП3Т

ура! это поможет будущим врачам!_xD83D__xDC69_‍⚕️_xD83D__xDC68_‍⚕️

Отвечать

Оставить комментарий

* Используя эту форму, вы соглашаетесь с хранением и обработкой ваших данных на этом сайте.

1ТП1Т — веб-ресурс, посвященный предоставлению актуальной информации о быстро меняющемся мире науки и технологий. Наша миссия — сделать науку и технологии доступными для всех через нашу платформу, объединяя экспертов, новаторов и ученых, чтобы поделиться своими знаниями и опытом.

Подписаться

Подпишитесь на мою рассылку, чтобы получать новые сообщения в блоге, советы и новые фотографии. Давайте оставаться в курсе!

© 2023 1ТП1Т

ru_RUРусский