Саркомер — это основная функциональная единица мышцы, в которой происходит сокращение скелетных и сердечных мышц. Он состоит из двух типов параллельных белковых нитей: тонких и толстых. Тонкая нить содержит F-актин, тропонин, тропомиозин и небулин, а толстая нить состоит из миозина, титина и миозин-связывающего белка С. Эти нити располагаются в саркомере в разных областях, которые называются зонами и полосами. Тонкие нити связаны с миозином, который является «моторным белком», и создают силу, необходимую для мышечного сокращения. Взаимодействие между тонкими и толстыми нитями в саркомере позволяет мышце работать. Изменения в белках толстых нитей связаны с различными мышечными заболеваниями.
Для полного понимания работы мышц на молекулярном уровне необходимо изучать их компоненты в естественной среде обитания. Однако это вызывает трудности в биологических исследованиях, которые сложно преодолеть с помощью традиционных методов.
Исследователи разработали процесс электронной крио-томографии, специально адаптированный для изучения мышечных образцов. Образцы сердечной мышцы млекопитающих мгновенно замораживались при очень низкой температуре (-175°C). Это позволило сохранить гидратацию и тонкую структуру образцов, что соответствует их естественному состоянию. Затем с помощью фрезерования фокусированным ионным лучом образцы сделали более тонкими (около 100 нанометров) для проведения просвечивающей электронной микроскопии. Электронный микроскоп получил несколько изображений, когда образец наклонялся вдоль оси. Затем с использованием вычислительных методов было восстановлено трехмерное изображение с высоким разрешением.
Благодаря этому методу ученые получили первое детальное изображение толстой нити сердца, которое охватывало несколько областей саркомера. При длине 500 нм это самая длинная и самая большая структура, полученная с помощью электронной крио-томографии. Изображение показало, что расположение молекул миозина влияет на их функцию. Миозин воспринимает и обрабатывает различные сигналы, которые регулируют работу мышц, и это позволяет регулировать силу и скорость сокращения мышц в разных областях. Также было обнаружено, что цепи титина переплетаются с миозином и являются своего рода каркасом для его работы. Они также влияют на то, как саркомер активируется и сокращается в зависимости от его длины.
Пока изображение толстой нити представляет лишь расслабленное состояние мышцы. Для полного понимания функционирования саркомера и его регуляции необходимо изучать его в различных состояниях, в том числе во время сокращения мышц. Это поможет лучше понять заболевания, например, гипертрофическую кардиомиопатию, и разработать действенные методы лечения.
