Sarkomery – klucz do działania mięśni

Dolegliwości mięśniowe mogą być lekkie – jak naciągnięcie mięśnia w wynikające z intensywnych ćwiczeń, ale mogą być też naprawdę poważne – jak niewydolność serca czy dystrofia mięśniowa. Naukowcy z kanadyjskiego McGill University opisali badania, w trakcie których przyglądali się współpracy sarkomerów – podstawowego budulca mięśni poprzecznie prążkowanych, zarówno szkieletowych, jak i sercowych. Zaburzenia w ich kooperacji okazały się przyczyną problemów mięśniowych.

06.09.2017Aktualizacja: 19.09.2017Opublikował: RK

Sarkomery (inaczej nazywane mionami) to tzw. jednostka czynnościowa mięśnia poprzecznie prążkowanego oraz podstawowa jednostka kurczliwa budująca miofibryle. Pojedynczy sarkomer to złożony kompleks kilkunastu białek, który tworzy dwa rodzaje filamentów: grube i cienkie. Wzajemnie oddziaływanie pomiędzy dwoma typami filamentów powoduje – przy udziale jonów wapnia – skurcz sarkomerów, a w konsekwencji skurcz całych mięśni. Filamenty tworzą miofibryle, a te z kolei są podstawowym budulcem miocytów tworzących tkankę mięśniową.

Sarkomery mają średnicę sto razy mniejszą niż przeciętny ludzki włos, a skurcz mięśnia jest efektem współpracy wielu milionów sarkomerów – to naukowcy wiedzieli już od jakiegoś czasu, podobnie jak zdawali sobie sprawę, że wszelkie nieprawidłowości w funkcjonowaniu mięśni mogą być spowodowane – przynajmniej w pewnej części – zaburzeniami owej kooperacji. Natomiast to jak ona się tak naprawdę odbywa się pozostawało zagadką aż do teraz. Wcześniej nauka nie dysponowała bowiem na tyle zaawansowaną techniką, aby wyizolować pojedynczy sarkomer, obserwować go w akcji, a następnie zmierzyć parametry jego działa.

– Kilkuletnia praca w projekcie była dla studentów chwilami bardzo frustrująca, ponieważ problem badawczy wymagał szczególnej delikatności i ostrożności. Do pomiaru siły interesujących nas struktur użyliśmy igieł o niewyobrażalnie małych rozmiarach, a aby wyizolować pojedynczy sarkomer i zaobserwować jego kurczliwość musieliśmy skorzystać z wysoce zaawansowanej technologii mikroskopowej. Jeden z naszych współpracowników musiał także opracować modele matematyczne analizy danych, ponieważ operowaliśmy na bardzo małych liczbach, a nasze obliczenia musiały być bardzo precyzyjne – relacjonuje prof. Dilson Rassier z Wydziału Kinezjologii McGill University w Montrealu, główna autorka artykułu opublikowanego w prestiżowym czasopiśmie „Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America”.

W każdym odcinku włókna mięśniowego o długości 10 milimetrów znaleziono od 2000 do 2500 połączonych ze sobą sarkomerów. Aby móc zaobserwować je w trakcie pracy, badacze musieli najpierw wyizolować pojedynczy miofibryl, a następnie w powiększeniu przyjrzeć się pojedynczemu sarkomerowi. Potem naukowcy eksperymentowali z różnymi stężeniami jonów wapnia (jak już wspomnieliśmy odpowiedzialnych za pobudzanie i rozluźnianie mięśni), by wywołać skurcz sarkomerów (w celu zmierzenia ich siły).

Okazało się, że w zdrowych miofibrylach wszystkie sąsiednie sarkomery współpracują z pobudzonym do działania sarkomerem izolowanym. To istotne odkrycie pokazujące, że mechanizmy kooperacji sarkomerów w obrębie miofrybilów związane się ze specyficznymi własnościami cząsteczek sarkomerowych. Ta międzysarkomerowa dynamika jest kluczowa dla zrozumienia mechanizmów skurczu na poziomie molekularnym.

– Ciężka praca mojego zespołu opłaciła się. Od momentu publikacji naszego artykułu otrzymałam wiele wyrazów uznania od biofizyków i fizjologów z całego świata, którzy podkreślali wagę naszych ustaleń. Naszym następnym krokiem będzie wgląd w to, co dzieje się przy niewydolności serca i innych chorobach układu mięśniowego wtedy, gdy kiedy sarkomery przestają ze sobą współpracować – zapowiada prof. Rassier.

Opracowano na podstawie artykułu New understanding of how muscles work opublikowanego na portalu Medical Express