Felipe de Souza Leite, Fabio C. Minozzo, David Altman, Dilson E. Rassier. Microfluidic perfusion shows intersarcomere dynamics within single skeletal muscle myofibrils. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2017; 114 (33): 8794 DOI:10.1073/pnas.1700615114 | |
|---|---|
|
|
 Fig. 1. Experimental system used to control myofibril subareas and force measured by precalibrated flexible needles in response to the activation. (A, Upper) Scheme of the experimental system showing the microfluidic perfusion tip (blue), which is built to be smaller than the sarcomere A-band length. Microperfusion was controlled by a pressure system that allowed local flow of solutions (black dashed arrow). The red dashed arrows represent the flow from the regular perfusion system coming from a double-barreled pipette, which allows rapid changes of solutions. (A, Lower) A typical myofibril suspended between two flexible needles. The contrast and brightness of the image were adjusted to improve visibility and clarity. Because the experiments were performed using phase contrast microscopy, some areas around the needles appear brighter than other areas in the myofibrils. (Scale bar: 5 ?m.) (B) Force produced by experiments with single sarcomeres (colored circles at 1 in x axis) and experiments in which activation of one sarcomere was performed within myofibrils with different numbers of sarcomeres (colored circles at 5–40 on the x axis) at three different SLi: slack (n = 34; red), short (n = 73; green) and long (n = 71; blue) lengths. All data were fit using a second-order polynomial. (C) Model simulation of the experiments shown in B, showing the final force produced by activation of a single sarcomere as a function of the number of adjacent inactive sarcomeres. SLi was set at 2.5, 2.8, and 3.15 ?m. (D) Average SLi and SLf of the target sarcomere for the preparations tested at slack, short, and long SLi. (E) Typical traces obtained from a myofibril tested at different SLs. (F) Simulation of the first seconds of force development after activation of a single sarcomere adjacent to 10 inactive sarcomeres. Error bars represent SEM. ***P < 0.001. Нарушение функции мышц может быть простым в виде легкой напряженности после упражнений или серьезным таким как сердечная недостаточность или мышечная дистрофия. Разработана новая техника McGill позволяет рассмотреть более тщательно, как саркомеры, базовые строительные блоки во всех скелетных и сердечных мышцах, работают совместно. Talk about finicky work Саркомеры являются очень небольшими единицами в мышцах, в которых все молекулы, ответственные за работу мышц, д. оставаться интактными. Эти очень маленькие структуры примерно в сто раз меньше диаметра среднего волоска человека, работают совместно, чтобы создавать усилие во время мышечного сокращения. Известно, что если мышцы активны, то многие миллионы саркомеров работают вместе и что нарушения функции мышц могут быть обусловлены, по крайней мере, частично нарушениями коммуникаций между саркомерами. Но как в точности происходят эти коммуникации оставалось загадкой, поскольку было невозможно изолировать одиночный саркомер и рассмотреть его в действии и измерить, что происходит.
"Мы использовали мельчайшие иголки, чтобы измерять силу и высоко-разрешающую микроскопию, чтобы выделить саркомеры и затем наблюдать за их сокращениями. Один из наших сотрудников разработал математическую модель, чтобы анализировать данные, поскольку используемые количества были столь малы и столь точны." Zooming in on microscopic mini-muscles in action Имеется около 2000 - 2500 саркомеров, заключенных в кольца (coils) на каждые 10 миллиметров мышечного волокна. Наблюдая саркомеры в действии, исследователи сначало изолировали одиночную миофибриллу (базовую палочкообразную единицу, составляющие мышечную ткань) и затем увеличивали её до индивидуального саркомера. Затем они экспериментировали с разными концентрациями кальция (который ответственен за запуск активации и релаксации мышцы), чтобы заставить саркомеры сокращаться и измеряли их силу.
Они установили, что в здоровых миофибриллах все соседние саркомеры активируются как единый саркомер. Эта находка является новой и провоцирующей, демонстрируя кооперативный механизм у саркомеров в миофибрилле, это связано со специфическими свойствами саркомерных молекул. Эта меж-саркомерная динамика является критической для понимания молекулярного механизма контракции.
Rassier заявляет: "Использованная техника открыла множество возможностей в области мышц. Нашим следующим шагом станет, посмотреть, что происходит при сердечной недостаточности и др. болезнях мышечной системы, где нарушена кооперация между саркомерами.
|