Теперь исследователи из Медицинской школы Университета Мэриленда (UM SOM) помогли определить, как конкретный белок играет центральную роль в этой удивительной последовательности. Это первый раз, когда описан механизм; открытие может в конечном итоге помочь ученым лечить проблемы с сердцем, от которых ежегодно умирают миллионы людей.
W. Джонатан Ледерер, доктор медицины, доктор философии, профессор физиологии в UM SOM, а также директор Центра биомедицинской инженерии и технологий, и Дэвид Уоршоу, доктор философии, профессор молекулярной физиологии и биофизики Университета Вермонта (UVM) и сердечно-сосудистой системы.
Исследовательский институт Вермонта описывает, как миозин-связывающий протеин C («протеин C») позволяет мышечным волокнам в сердце работать в идеальной синхронности. Результаты опубликованы в журнале Science Advances.
«Этот белок очень важен для этого процесса», — сказал д-р. Ледерер. "Это действительно захватывающая находка.
Мы планируем провести много исследований, используя эти новые знания. Мы продолжим исследовать это разными способами."
В течение многих лет исследователи знали, что кальций действует как триггер для сердцебиения, активируя белки, которые заставляют саркомеры — волокнистые белки, составляющие клетки сердечной мышцы, — сокращаться. Доктор.
Ледерер обнаружил, что молекулы кальция неравномерно распределены по длине каждого саркомера; молекулы высвобождаются с концов. Несмотря на это, саркомеры сжимаются равномерно. Но как именно так и осталось острой загадкой.
Доктора.
Ледерер, Уоршоу и их коллеги нашли ответ: протеин C. Было известно, что этот белок присутствует во всех клетках сердечной мышцы, но до сих пор его функция была неизвестна. Используя модель на животных, исследователи изучили физиологию саркомеров, измерив высвобождение кальция и механическую реакцию мышечных волокон. Оказывается, белок С повышает чувствительность определенных частей саркомера к кальцию.
В результате середина саркомера сокращается так же сильно, как и концы, несмотря на то, что в нем гораздо меньше кальция. Другими словами, белок C позволяет саркомерам сокращаться синхронно.
«Кальций подобен свечам зажигания в автомобильном двигателе, а протеин C действует как кольца, повышающие эффективность движения поршней», — говорит Майкл Дж. Превис, доктор философии, доцент кафедры молекулярной физиологии и биофизики УФМ.
Белок C играет важную роль во многих формах сердечных заболеваний. В самых тяжелых случаях дефекты С-протеина приводят к чрезвычайно серьезным аритмиям, которые вызывают внезапную смерть, когда сердце теряет способность перекачивать кровь.
В U.S., по данным Американской кардиологической ассоциации, аритмии являются причиной около 300000 смертей в год. (Не все аритмии приводят к летальному исходу; некоторые из них можно контролировать с помощью лекарств и электростимуляции.)
Ледерер и его коллеги считают, что можно повлиять на аритмию, изменив активность белка С с помощью лекарств. «Я думаю, это может быть очень много», — говорит д-р. Ледерер. "Этот белок определенно является мишенью для лекарств."
Доктора. Ледерер и Уоршоу также сотрудничали с учеными из Пенсильванского университета, Медицинской школы Массачусетского университета, Медицинского центра детской больницы Цинциннати и Университета Юлджи в Южной Корее.
"Эта работа доктора. Ледерер и его коллеги — отличный пример совместных фундаментальных научных исследований с потенциально огромными трансляционными последствиями, — сказал Дин Э. Альберт Рис, доктор медицины, доктор философии, магистр делового администрирования, который также является вице-президентом по медицинским вопросам Университета Мэриленда и Университета Джона З. и Акико К. Заслуженный профессор Бауэрса и декан медицинского факультета. "Помимо элегантных результатов этой работы, остается много проблем в разгадывании того, как мутации белка С вызывают сократительную и аритмическую дисфункцию при болезни."