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 большой белок, обнаруженный в организме человека, который называется тайтин. Он выполняет функцию механической пружины, которая развивает восстанавливающую силу во время вытягивания саркомеров – точно так же, как резинка.
Работая с исследователями из университетов Бохума, Вюрцбурга, Кельна, Регенсбурга, Геттингена и Дюссельдорфа, группа исследователей из Университета Мюнстера во главе с проф. Вольфганг Линке, директор Института физиологии II, теперь обнаружил, что окислительный стресс в сочетании с растяжением сердечных стенок вызывает изменение сердечной жесткости. Эластичный тайтин в саркомерах более сильно окислен и, как следствие, имеет модулированную растяжимость. Исследователи называют этот недавно открытый механизм UnDOx ("окисление развернутого домена"). Исследование опубликовано в журнале PNAS.
Предпосылки и метод
В организме человека 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 показала на тканях сердца 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, которые включают так называемые свободные радикалы, могут вызывать повреждение клеток. Однако в небольших количествах они регулируют важные физиологические функции.
Исследователи использовали масс-спектрометр для определения статуса 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 тайтина," Вольфганг Линке объясняет. "Используя это устройство, мы смогли растянуть отдельные молекулы тайтина, как резиновую ленту, и записать силу при растяжении, а также изменения силы в присутствии окислителя."
В своих экспериментах исследователи продемонстрировали, что механизм UnDOx возникает в сердцах в условиях окислительного стресса. Это имеет место, например, после острого сердечного приступа или при хроническом сердечном заболевании, связанном с нарушением сердечного наполнения. "Механизм регулирует растяжимость сердца," Линке добавляет. "Сильная жесткость стенок вредна для сердца, 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 можно сделать более растяжимыми за счет фармакологического регулирования окисления тайтина, т.е.е. с помощью лекарств."