Человеческое сердце – это отлаженный двигатель, более совершенный, чем самый лучший Ferrari, несмотря на то, что он был просто разработан матерью-природой. Он настолько тщательно сконструирован, что, если он хоть немного выйдет из строя, он может вывести из строя двигатель. Сердце просто не работает – или вообще не работает.
В исследовании, опубликованном 20 февраля 2015 г. в первом выпуске журнала Science Advances, молекулярные физиологи из Института сердечно-сосудистых исследований Университета Вермонта Дэвид Уоршоу, доктор философии.D., Майкл Превис, Ph.D., и его коллеги обнаружили, что крошечный кусочек двигателя, известный как миозин-связывающий протеин C (cMyBP-C), является ключом к поддержанию его высокоточной настройки. Они обнаружили, что положение этого белка в мышечных клетках сердца имеет решающее значение для правильной работы двигателя, а также предположили, что регулировка cMyBP-C может решить многие проблемы с сердцем.
Когда этот белок не работает, сердце выходит из строя – о чем свидетельствуют сбои, лежащие в основе основной причины состояния, называемого гипертрофической кардиомиопатией, которое является частой причиной "внезапная смерть" у здоровых молодых спортсменов.
Превис, доцент кафедры молекулярной физиологии и биофизики, и Уоршоу, профессор и заведующий кафедрой молекулярной физиологии и биофизики, использовали мощные микроскопы, чтобы заглянуть внутрь саркомера, части ткани сердечной мышцы, которая составляет одну пятидесятую диаметра человеческого волоса. Это трубка, похожая на аккордеон, которая сжимается и расширяется с каждым ударом сердца. Триллионы или более саркомеров должны сжиматься одновременно.
"Чтобы эффективно перекачивать кровь, все они должны делать это одновременно," Уоршоу говорит.
Два белка в саркомере помогают ему сокращаться. Белковый миозин – двигатель. Он выталкивает или вытягивает другой белок, актин, который похож на веревку, которая втягивает саркомер и выпускает его наружу, чтобы он мог наполняться кровью. Миозин всегда пытается захватить и переместить актин. Ему нужен механизм управления, чтобы инициировать это действие именно в тот момент, когда саркомеру необходимо сжаться.
cMyBP-C модулирует миозин, замедляя или ускоряя его взаимодействие с актином. Белок находится в центре саркомерной трубки, а не на ее концах. Превис, Уоршоу и их соавторы задались вопросом, почему этот важный элемент присутствует только в этом конкретном месте.
Вот где приходит кальций. С каждым насосом клетки сердечной мышцы высвобождают этот элемент, который действует как свеча зажигания для двигателя. Работа кальция в саркомере заключается в перемещении другого белка, который создает барьер между миозином и актином. Кальций убирает этот белок, поэтому миозин может связываться с актином в нужный момент.
Движение кальция в таких маленьких пространствах практически невозможно обнаружить, поэтому Превис и Уоршоу воспользовались опытом W. Джонатан Ледерер, M.D., Ph.D., профессор физиологии в школе Мединс Университета Мэриленда и директор Центра биомедицинской инженерии и технологий, чтобы измерить невозможное. С помощью Бенджамина Проссера, доктора философии.D. в Университете Пенсильвании они показали, что кальций попадает в саркомер с его внешних концов. По мере того, как он продвигается по трубке, образуется градиент, поэтому у него нет той же мощности в центре, чтобы переместить этот барьерный белок. При таком градиенте время и точность сокращения мышц были бы неправильными, но, как заключают авторы, cMyBP-C остается в центре саркомера, тем самым помогая кальцию выполнять свою работу так же хорошо, как и в более высоких концентрациях в концы.
"Это возбуждает систему," Уоршоу говорит.
В текущем исследовании используется модель здорового сердца на животных, чтобы понять внутреннюю функцию cMyBP-C.
"Наше любопытство к функции белка изначально было вызвано тем, что мы знали, что проблемы с этим белком связаны с различными формами сердечных заболеваний," Превис говорит.
Теперь, когда исследователи понимают, что cMyBP-C делает в нормальных условиях, следующий логический шаг – выяснить, что не так с cMyBP-C в больном сердце. После определения ученые могут разработать фармацевтические препараты, используя cMyBP-C, чтобы вылечить эти нездоровые сердца.
"Миозин-связывающий протеин C – идеальный модулятор," говорит Превис. "Вы можете точно настроить работу двигателя, просто управляя функциональным воздействием этого критически важного белка."