Genetický model odhaluje, že forma uvolňování vápníku není nutná pro normální svalovou kontrakci

Mechanismus kontrakce kosterního svalu je proces, který se spoléhá na signalizaci vápníku. Fyziologická role uvolňování vápníku (CICR) indukovaného vápníkem (CICR) přes Ryanodinový receptor typu 1 (RYR1) však po desetiletí zůstala nevyřešena.

Nová studie zveřejněná v časopise Sborník Národní akademie věd Poskytuje přesvědčivé důkazy o tom, že CICR hraje minimální roli v normální kontrakci svalů, ale je hlavním hnacím motorem života ohrožujících životů. Výzkum vedl docent Takashi Murayama z Juntendo University v Japonsku spolu s členy jeho týmu Drs. Takuya Kobayashi a Nagomi Kurebayashi a Dr. Toshiko Yamazawa z Jikei University School of Medicine.

Výzkumný tým vyvinul geneticky upravený myší model nesoucí mutaci (E3896A) v RYR1, který narušuje jeho místo vázání vápníku, účinně deaktivuje CICR při zachování depolarizačního uvolňování vápníku (DICR), což je dobře zavedený mechanismus zodpovědný za zavedení svalového kontrakce. „Tento přístup nám umožnil selektivně inhibovat CICR in vivo bez změny DICR, kritické výhody oproti předchozím modelům,“ vysvětluje Dr. Murayama.

Experimenty na svalová vlákna potvrdil, že mutace zcela zrušila aktivitu CICR bez změny přechodů vápníku vyvolané elektrickou stimulací. Testování ex vivo jak svalů rychlého škubnutí (extensor digitorum longus), tak svalů s pomalým škubnutím (soleus) nevykazovaly žádné zhoršení generování škubnutí nebo tetanické síly. Hodnocení in vivo, včetně měření pevnosti přilnavosti, chování s pohybem kol a skenování složení těla, neodhalila žádné významné rozdíly mezi mutantními a divokými zvířaty.

Zatímco CICR byl pro normální fyziologii pokyn, studie odhalila svou kritickou roli při nemoci. Vědci překročili myši E3896A s maligním modelem hypertermie (MH) nesoucího mutaci RYR1 R2509C, o kterém je známo, že způsobuje život ohrožující reakce na anestezii a environmentální tepelný stres.

Je pozoruhodné, že zavedení alely E3896A zvrátilo vlastnosti MH Hallmark, včetně zvýšených klidových hladin vápníku, přehnané uvolňování vápníku vyvolaného halothanem a závažných kofeinů spuštěných kofeinem. V živá zvířataTato dvojitá mutace dramaticky snížila epizody fatální hypertermie a zlepšila přežití během isofluranových anestézie a testů tepelného stresu.

„Tyto výsledky jasně podporují přínos CICR zprostředkované RYR1 k termogenezi v chorobných stavech,“ říká Dr. Murayama.

Studie také vrhá světlo na evoluční a fyziologické otázky. Jsou uspořádány kanály RYR1 kosterní sval Ve vzoru, kde je pouze polovina fyzicky spojena s napěťovými senzory, což vede vědce k navrhování, aby CICR mohla během kontrakce zesílit signály vápníku.

Tento Genetický model Naznačuje jinak, což naznačuje, že spojené hradlování nebo jiné mechanické interakce, spíše než CICR, aktivace pohonných kanálů RyR1. Je zajímavé, že vědci pozorovali, že svalová vlákna soleus byla o něco menší v mutantech, což naznačovalo možnou roli pro CICR při dlouhodobé adaptaci svalů, hypertrofii nebo metabolické regulaci za podmínek stresu.

Nad jeho důsledky pro maligní hypertermieTento výzkum poskytuje cenný model pro studium dalších poruch souvisejících s RYR1, jako je svalová dystrofie, svalová slabost spojená s rakovinou a sarkopenie související s věkem. Protože Ryr1 je také exprimován v neuronech, imunitních buňkách a Vaskulární hladký svalModel E3896A nabízí jedinečný nástroj pro zkoumání širších fyziologických rolí CICR.

Kombinací genového inženýrství, zobrazování ca²⁺ a podrobných funkčních testů tým ukazuje s vysokou přesností, kterou kosterní svalová kontrakce je hlavně řízený DICR. Tento dlouhodobě přijímaný mechanismus je nyní potvrzen na molekulární úrovni, zatímco CICR, kdysi se předpokládá, že zvyšuje signály CA²⁺, se do značné míry ukáže ve funkci základní svalové funkce. Místo toho CICR působí jako spící, ale nebezpečný tichý rizikový faktor, zůstává v klidu za normálních podmínek, ale když se narušuje signalizace RyR1, stává se hlavním hnacím motorem patologie.

Tento model řeší desetiletí debatu ve fyziologii svalů oddělením CICR od DICR, aniž by se změnil spojovací dráhu jádra excitace-konstrukce (E-C). Mutace E3896A RYR1 nabízí výkonný genetický nástroj, který překonává předchozí farmakologické nebo knockdown modely, což vědcům umožňuje rozebrat tok Ca²⁺ na úrovni specifické pro kanál. Tato zjištění dělají více než objasnit teorii; Vydláždí cestu pro terapie nové generace, aby modulovaly RyR1 selektivně, s přímými aplikacemi v MH, vrozených myopatiích a poškozením svalu s poháněnou ca²⁺.

Stejný model také umožňuje zkoumat CICR v neuronech, hladkém svalstvu a Imunitní buňkyrozšíření jeho klinického dopadu. S tímto vhledem se může návrh léčiva nyní zaměřit na přesnost kontroly uvolňování Ca²⁺, snížení rizika hypertermických krizí, zpomalení sarkopenie a přehodnocení jemné rovnováhy mezi robustní signalizací E-C a dysregulací CA²⁺ náchylné k onemocněním.