Felfedezték az izom rugalmasságát növelő reverzibilis mechanizmust

Hogyan javítja a jóga a rugalmasságot? Cell március 13-i címlaptörténetében a Columbia Egyetem biológiai tudományok professzora, Julio Fernandez és csapata beszámol a mechanikus memória új formájának felfedezéséről, amely az izmok rugalmasságát a nyújtás történetéhez igazítja.

izmok

Nagyon érzékeny atomerő-mikroszkópok segítségével a kutatók kémiai reakciót észleltek, amely növeli az izomfehérjék rugalmasságát. Alapvető fontosságú, hogy ez a reakció olyan molekulákat célozzon meg, amelyek nyújtó erőnek vannak kitéve. Ez a megállapítás megváltoztatja annak megértését, hogy az izmok hogyan reagálnak a nyújtásra, és új kezelésekhez vezethet az izomzavarok kezelésében.

"Felfedeztünk egy hatékony módszert az izomrugalmasság beállítására" - mondja Pallav Kosuri, az egyik vezető szerző. "Először molekuláris szinten figyeltük meg a hatást, majd teszteltük egészen az emberi szövetig."

Julio Fernandez csaknem két évtizedet töltött az izomrugalmasság molekuláris eredetének tanulmányozásával, úttörő egymolekulás technikák, amelyeket manapság széles körben használnak a molekulák mechanikájának tanulmányozására. Különösen egy molekula ragadta meg a figyelmét: a titin nevű fehérje. A test legnagyobb fehérje, a titin a passzív izomrugalmasság fő forrása is. Mindegyik titinmolekula egy hajtogatott kötegek hosszú láncából áll, amelyek kötélre hasonlítanak, több száz csomóval. A titint hagyományosan az izmok passzív szerkezeti állványának tekintik; a Fernandez laboratóriumában végzett kutatások azonban azt mutatják, hogy a titinnál több is van, mint amire a szem látja. "A Titin egy olyan mechanikus számítógép, amely megfelelő rugalmasságot biztosít testünk minden egyes izomának, beleértve a szívet is" - mondja Fernandez. "Annak biztosítása, hogy ez a számítógép optimális teljesítményen működjön, az egyik legnagyobb kihívás, amelyet az emberi testnek meg kell felelnie."

Az új tanulmányban Jorge Alegre-Cebollada és Kosuri vezető szerzők azt vizsgálták, hogy az oxidáció hogyan befolyásolja a titin rugalmasságát. Az oxidáció szintje az izomaktivitás során növekszik, mint az emelkedett anyagcsere természetes következménye. A kutatók azt találták, hogy a titin szokatlanul sok oxidációs hotspotot tartalmaz - olyan helyeken, amelyek hajlamosak az oxidációra -, de ezeknek a foltoknak a többsége a molekuláris redőkben rejtőzik, ezért inaktív. Az izom megnyújtása azonban a titint kibontakozásra kényszerítheti. A szerzők azt találták, hogy az ilyen kibontakozás kitette a hotspotokat, emiatt a titin nyújtva egyre érzékenyebbé vált az oxidációra. Ez a megfigyelés felkeltette a csapatot, hogy megvizsgálja, mi történik a titinnel, miután oxidálódik. Az oxidáció egyik leggyakoribb formájára, az úgynevezett glutationilációra koncentráltak.

A kutatók megfigyelték, hogy - ahogy arra számítottak - a mechanikus erő a titinban feloldotta az összehajtott kötegeket, és lehetővé tette a glutationilezést. A meglepetés akkor következett be, amikor azt tapasztalták, hogy ez a fajta oxidáció a kötegeket kibontott állapotban rögzíti, ami a titin merevségét drámai módon csökkenti. Oxidáció hiányában a mechanikus erő csak átmeneti rugalmasság-változásokat generálhat, amelyek legfeljebb néhány másodpercig tartanak. A mechanikus erő hatása a glutationilezéssel kombinálva azonban sokkal tartósabb volt - a titinmolekulák merevségét csak az oxidáció megfordításával lehetett visszaállítani.

Ezeknek a daraboknak az összerakása megmagyarázhatja, hogy a testmozgás és a nyújtás kombinációja miért vezet a rugalmasság tartós, mégis visszafordítható növekedéséhez. A testmozgás megkönnyíti az oxidációs reakciókat, de a nyújtás előkészíti az izom oxidációját. Miután oxidációs reakciók következnek be, kibontott állapotba zárják az izomfehérjéket, és tartósan megnövelik rugalmasságukat. Az izom normalizálódik, amikor az izomsejtek természetesen eltávolítják az oxidációt, amely folyamat több órát is igénybe vehet. "Jóga rajongóként úgy gondolom, hogy kezdjük megérteni a jóga által kiváltott rugalmasság növekedését" - mondja Alegre-Cebollada. "Az a póz, mint a lefelé néző kutya, nagyon hatékony módszer a titin csomóinak kibontására, lehetővé téve a módosításokat, amelyek arra késztetik a fehérjét, hogy ne felejtse el, hogy kibontottnak és puhának kell maradnia." Fernandez és csapata feltételezi, hogy ez a fajta mechanikus memória a legtöbb rugalmas szövet közös jellemzője lehet.

Klinikailag a felfedezés rámutat a biokémiai eszközök alkalmazásának lehetőségére az izom rugalmasságának megváltoztatására. Az izommechanika ilyen farmakológiai beállításai új kezelésekhez vezethetnek a szívbetegségek és más, az izomrugalmasságot befolyásoló állapotok, köztük a dilatált kardiomiopátia, a fiatalok szívelégtelenségének egyik leggyakoribb oka számára. "Ez egy kezdeti felfedezés, de a következményei nagyon izgalmasak" - mondja Kosuri. "És ez azt mutatja, hogy még sok mindent meg kell tanulnunk arról, hogyan működnek valójában az izmaink."