Чтобы двигать телом, скелетные мышцы тянут за скелет. Для эффективных движений мышц и скелета важно, чтобы мышца сокращалась только вдоль определенной оси, например, для движения ноги вдоль бедра. Такое направленное сокращение достигается за счет миофибрилл, охватывающих всю длину мышцы. На обоих концах миофибриллы прикреплены к клеткам сухожилия, которые сами связаны со скелетом. «Таким образом, вся сила передается от мышцы к скелету», — описывает Франк Шноррер.
Каким образом можно построить регулярную архитектуру миофибрилл, состоящих из многих сотен саркомеров, вдоль определенной оси во время развития мышц??
Аспирант Мануэла Вейткунат и постдок Айнур Кая-Копур изучали этот вопрос на плодовой мушке Drosophila melanogaster. Они обнаружили, что вскоре после того, как летные мышцы дрозофилы контактируют с их сухожилиями, возникает механическое напряжение. Это нарастание напряжения происходит до того, как саркомеры образуются, и распространяется через всю систему мышцы-сухожилия-скелет.
Эта ось напряжения снабжает мышцу позиционной информацией, вдоль которой должны формироваться саркомеры.
Отсутствие напряжения приводит к хаосу
Используя генетические мутации у мух, ученые из группы Muscle Dynamics смогли заблокировать прикрепление летающих мышц к сухожилиям и, таким образом, устранить образование напряжения в системе. Как следствие, мышцы больше не могут строить длинные регулярные миофибриллы, а вместо этого хаотично распределяют саркомерные белковые комплексы. Чтобы напрямую проверить влияние механического напряжения, ученые использовали лазер, чтобы отрезать сухожилия от мышцы.
Эта стратегия снятия напряжения также привела к серьезному дефекту образования саркомеров и миофибрилл. «Основываясь на этих результатах, мы предлагаем новую модель образования миофибрилл, которая предполагает самосборку саркомерных компонентов в зависимости от натяжения», — объясняет Франк Шноррер. «Когда достигается определенный порог натяжения, запускается образование миофибрилл. Если напряжение нарушено, саркомерные компоненты не имеют пространственной информации и собираются хаотично."
Поскольку человеческие мышцы также содержат миофибриллы, которые создаются периодически выстраиваемыми саркомерами, вполне вероятно, что аналогичная модель сборки, основанная на напряжении, также может применяться во время развития человеческих мышц, так считают ученые.