Здоровое сердце бьется от 50 до 100 раз в минуту и ежедневно перекачивает 8000 литров крови по нашему телу. Предварительным условием для этой функции является эластичность сердечных стенок, которые расширяются по мере поступления крови (диастола) и снова сокращаются по мере оттока крови (систола). За это движение ответственны миллионы крошечных полостей в волокнах сердечной мышцы, саркомеры. Эти сократительные единицы содержат самый крупный белок, обнаруженный в организме человека, который называется тайтин. Он выполняет функцию механической пружины, которая развивает восстанавливающую силу при растяжении саркомеров - как резинка.
Работая с исследователями из университетов Бохума, Вюрцбурга, Кельна, Регенсбурга, Геттингена и Дюссельдорфа, группа исследователей из Университета Мюнстера во главе с профессором Вольфгангом Линке, директором Института физиологии II, обнаружила, что окислительный стресс , в сочетании с растяжением сердечных стенок вызывает изменение сердечной жесткости. Эластичный тайтин в саркомерах более сильно окислен и, как результат, модулируется его растяжимость. Исследователи называют этот недавно открытый механизм UnDOx («окисление развернутого домена»). Исследование опубликовано в журнале PNAS .
Предпосылки и метод
В человеческом организме тайтин составляет основу саркомеров, мельчайших функциональных единиц скелетных мышц и сердца. Титин обеспечивает стабильность и эластичность мышечным клеткам благодаря своей уникальной структуре. Впервые группа исследователей продемонстрировала на сердечной ткани мышей, что окислительный стресс вместе с расширением сердца модулирует пружинную функцию тайтина. Окислительный стресс возникает, когда в клетке организма присутствует слишком много активных форм кислорода . Эти формы кислорода, в том числе так называемые свободные радикалы, могут вызывать повреждение клеток. Однако в небольших количествах они регулируют важные физиологические функции.
Исследователи использовали масс-спектрометр для определения степени окисления белков сердца, включая тайтин. Кроме того, они выделили клетки сердечной мышцы из глубоко замороженной ткани человеческого сердца и прикрепили их к датчику силы и микромотору, чтобы растянуть образцы. Это позволило им измерить силы, возникающие при растяжении, и наблюдать их увеличение или уменьшение во время различных форм окислительного стресса. Кроме того, команда произвела рекомбинантные молекулы тайтина, а также мутировала их в пробирке, так что окисление больше не могло происходить. "Затем мы использовали так называемый атомно-силовой микроскоп.«Чтобы напрямую измерить влияние растяжения и окисления на пружину титина», - объясняет Вольфганг Линке. «Используя это устройство, мы смогли растянуть отдельные молекулы тайтина, как резинку, и записать силу при растяжении, а также изменения силы в присутствии окислителя ».
В своих экспериментах исследователи продемонстрировали, что механизм UnDOx возникает в сердцах при окислительном стрессе. Это происходит, например, после острого сердечного приступа или при хроническом сердечном заболевании, связанном с нарушением сердечного наполнения. «Этот механизм регулирует растяжимость сердца», - добавляет Линке. «Сильная жесткость стенок плохо влияет на сердце, потому что в них поступает меньше крови. В случае диастолической сердечной недостаточности, которая часто встречается у пожилых людей, жесткость сердца является серьезной проблемой. Мы надеемся, что такие сердца могут быть стал более растяжимым благодаря фармакологической регуляции окисления тайтина , то есть с помощью лекарств ».
