¿Qué puede un insecto de agua tailandés enseñarnos acerca de nuestros músculos, especialmente el corazón? Mucho, dice el profesor de Ciencias Biológicas Kenneth Taylor. Una nueva investigación de Taylor publicada en la Science Advances da a los científicos una mejor comprensión de cómo funciona el músculo del corazón y cómo a veces falla.
Taylor y su equipo utilizaron un microscopio electrónico para capturar la primera imagen tridimensional de un pequeño filamento o hebra, de un músculo esencial que el insecto de agua Lethocerus indicus del tamaño de la palma de la mano utiliza para volar.
Este filamento está hecho de cadenas de una proteína llamada miosina, que producen la energía necesaria para contraer los músculos. Esta imagen muestra por primera vez las moléculas individuales en el filamento en un estado relajado, que es necesario volver a extender los músculos.
"Después de contraer el bíceps para ver si sus músculos se ven como Arnold Schwarzenegger, necesita este filamento para asumir su estructura relajada, de manera que después de la contracción del músculo tríceps tu puede volver a extender el bíceps", dijo Taylor.
Los científicos han examinado durante mucho tiempo los músculos de vuelo del Lethocerus indicus como una manera de comprender mejor cómo funciona el corazón humano. Tanto los músculos de vuelo del insecto y el corazón de un mamífero golpean rítmicamente.
Las mutaciones que causan muchas enfermedades heredadas del músculo del corazón han sido identificadas, pero son difíciles de estudiar en los mamíferos porque el corazón es esencial para la vida. Sin embargo, estas mutaciones pueden ser estudiadas en los insectos, específicamente a través de este filamento. Las mutaciones que alteran la función de la miosina incluso un poco puede tener efectos acumulativos en un músculo que se contrae rítmicamente.
Mientras tanto, la captura de una imagen clara de este filamento exacta ha sido difícil, la mejora de la tecnología permitió a Taylor y sus colegas investigadores registrar una imagen increíblemente detallada que muestra la estructura de filamentos precisa.
Todos los músculos tienen dos tipos de filamentos, actina y miosina. La principal diferencia entre la actina y la miosina es que la miosina tiene dos partes, un motor molecular y una muy larga varilla. Las varillas de muchas moléculas de miosina forman un filamento en la columna vertebral. Cuando un músculo se contrae, motores moleculares sobre la apropiación de filamentos de miosina tiran de los filamentos de actina causando que el músculo se acorte. El embalaje de las barras de miosina dentro de la columna vertebral debe ser lo suficientemente fuerte como para mantener esta fuerza.
Con esta nueva imagen, los científicos pueden ver cómo los motores moleculares están dispuestos para evitar el contacto con los filamentos de actina y facilitar la re-extensión del músculo. Al mismo tiempo que pueden ver el apretado embalaje de las barras de miosina "como un bosque de bambú", dijo Taylor.
"La imagen responde a un montón de preguntas acerca de los filamentos de miosina que los científicos se han preguntado por décadas", dijo Taylor.
El descubrimiento es aún más importante, ya que las mutaciones en la miosina pueden causar cardiomiopatía una enfermedad del músculo del corazón. Alrededor de un tercio de las mutaciones de miosina que causan miocardiopatías se producen en la barra. "Muchas de estas mutaciones de cardiomiopatía puede ser comprensible en términos de relajación muscular deficiente," dijo Taylor.
Esta imagen detallada "sacude el campo muscular", dijo Taylor. Se espera que este descubrimiento conduzca a nuevos tratamientos para la cardiomiopatía en el futuro.
Ahora Taylor y su equipo van a impulsar la resolución de estas imágenes para que puedan ver con claridad los aminoácidos individuales y determinar con precisión las interacciones clave entre ellos. "Estudiamos los músculos de vuelo de insectos, ya que es una ruta más fácil de comprender las enfermedades humanas", dijo Taylor. "En última instancia, hay que entender la enfermedad humana de cualquiera de filamentos humanos o al menos los filamentos de mamíferos."
Otros investigadores que colaboraron en el trabajo son FSU estudiante graduado de biofísica molecular Zhongjun Hu y el investigador asociado Dianne Taylor, además de investigadores de la Universidad de Duke Michael Reedy y Robert Edwards.
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