Utilizando moscas de la fruta, los investigadores de Johns Hopkins han descubierto por qué una afección cardíaca humana heredada en particular que casi siempre se debe a mutaciones genéticas hace que el corazón se agrande, espese y falle. Descubrieron que una de esas mutaciones interfiere con la capacidad del músculo cardíaco para relajarsedespués de contraerse, y evita que el corazón se llene completamente de sangre y la bombee.
Más específicamente, dicen los investigadores, la maquinaria molecular del "esqueleto" de las células, diseñado para acortar el músculo, es más propenso a bloquearse en su lugar y permanecer parcialmente contraído.
Debido a que la mutación se encuentra en una proteína conservada a lo largo de la historia evolutiva, los investigadores dicen que los hallazgos se informaron en línea el 12 de septiembre Informes de celda , podría ayudar a guiar los enfoques para tratar la miocardiopatía hipertrófica humana.
La miocardiopatía hipertrófica, marcada por un engrosamiento de las cavidades inferiores del corazón humano, que están formadas por tejido muscular cardíaco, ocurre en aproximadamente uno de cada 500 hombres y mujeres, a menudo sin síntomas. Puede provocar latidos cardíacos irregulares, insuficiencia cardíacay muerte súbita en personas menores de 35 años.
La mutación particular que los investigadores usaron para diseñar genéticamente las moscas de la fruta para su estudio se conoce en humanos como ACTC A295S. ACTC es una proteína llamada actina alfa-cardíaca que ayuda a formar elementos contráctiles del citoesqueleto de las células del músculo cardíaco. La mutación ola alteración sustituye el 295º aminoácido en el esqueleto de la proteína - una alanina - por una serina, y fue descubierta en 1999 en 13 miembros de la familia con miocardiopatía hipertrófica por científicos en Dinamarca. Más de 1,500 mutaciones en nueve genes han sido identificadas como causas demiocardiopatía hipertrófica.
"La proteína afectada por esta mutación de cardiomiopatía hipertrófica en particular está extremadamente bien conservada en todo el reino animal, y la región donde se encuentra la mutación es 100 por ciento idéntica en mil secuencias animales diferentes, lo que significa que es muy probable que la mutacióntendrá el mismo efecto en el tejido muscular humano que en las moscas de la fruta ", dice Anthony Cammarato, Ph.D., profesor asistente de medicina en la Facultad de Medicina de la Universidad Johns Hopkins." Debido a que esta proteína es tan esencial para la función muscular,y en los organismos superiores existen versiones adicionales para compensar la forma mutante en las células animales, los científicos han luchado por duplicar la alteración precisa de la enfermedad en un organismo modelo para mostrar cómo la mutación causa la enfermedad, hasta ahora ".
Para ver cómo funciona la versión de mosca de ACTC A295S en el músculo cardíaco, los investigadores utilizaron herramientas genéticas para activar una copia extra normal o la forma mutante de la proteína actina en el corazón de la mosca de la fruta.
El corazón de la mosca de la fruta es un tubo único de tejido que se llena con hemolinfa, o "sangre de mosca", después de relajarse, y luego lo bombea. Los investigadores grabaron los corazones bombeando y luego compararon los corazones con la actina normal y mutanteNotaron que los corazones con la actina mutante tenían un diámetro más corto o más delgados que los corazones con la copia normal de actina. En las moscas de una semana, la capacidad de bombeo era de aproximadamente 85 nanolitros por minuto en las moscas con actina mutante enlos corazones en comparación con 125 nanolitros por minuto en los corazones con la actina normal.
Para descubrir por qué los corazones con la forma mutante de actina tenían un diámetro más corto que los de la actina normal, los investigadores empaparon los corazones con una sustancia química que absorbe todo el calcio del corazón, lo que normalmente hace que los corazones se relajen por completoy el diámetro para expandir
Tanto los corazones sanos como los mutantes aumentaron de diámetro en aproximadamente un 2,5 por ciento, pero los corazones mutantes aún eran más cortos de lo normal. A continuación, los investigadores agregaron el medicamento blebbistatina al químico que elimina el calcio y empaparon los corazones. Las cadenas de actina forman filamentos enLas células y un segundo conjunto de filamentos compuestos por la proteína miosina se adhieren a la actina y tiran de los filamentos musculares unos sobre otros para que se superpongan, acortando la célula y provocando la contracción muscular. La blebbistatina evita que la miosina se una a la actina y contraiga las células musculares.Después del tratamiento con blebbistatina, los corazones con la actina normal se relajaron otro 2 por ciento, pero los corazones con la actina mutante se relajaron otro 8 por ciento.
"La miosina no se libera completamente de la actina en los corazones que expresan la mutación de miocardiopatía hipertrófica, lo que impide que el corazón se relaje por completo o se llene por completo", dice Cammarato.
En otro conjunto de experimentos, los investigadores aprovecharon el hecho de que los músculos que impulsan el vuelo son más grandes que los corazones de las moscas, lo que facilita el estudio de las mutaciones musculares y sus efectos biomecánicos. En las moscas de la fruta que fueron criadas para carecer de actinaEn sus músculos de vuelo, los investigadores agregaron una copia normal de actina o una versión de mutación de cardiomiopatía hipertrófica en el genoma de la mosca. Luego observaron los músculos de vuelo en ambos conjuntos de moscas. En las moscas con la copia normal de actina, los músculos de vueloParecía normal, pero en las moscas con la actina mutante los músculos parecían triturados, lo que los investigadores dicen que era debido a una fuerza excesiva en los músculos porque no podían relajarse adecuadamente.
En el tejido muscular, la proteína tropomiosina se encuentra a lo largo de los filamentos de actina y evita que la miosina se adhiera y contraiga el músculo. La tropomiosina es el "guardián" de la activación de la contracción muscular. Una vez que llega una señal eléctrica, se libera calcio en la célula y la tropomiosinase mueve fuera del camino, permitiendo que la miosina se una temporalmente a los filamentos de actina y contraiga el músculo.
Para descubrir por qué la miosina no parece liberarse por completo de los filamentos de actina en el vuelo y los músculos del corazón de las moscas con la mutación hipertrófica de cardiomiopatía, los investigadores utilizaron simulaciones por computadora para investigar los cambios moleculares detrás de los músculos excesivamente contraídos.
Los investigadores calcularon la energía de la interacción electrostática entre tropomiosina y actina normal en comparación con la actina de cardiomiopatía hipertrófica. Descubrieron que la tropomiosina tiene un área 60 por ciento más pequeña para moverse sobre los filamentos de actina cuando interactúa con la actina mutante en comparación con la actina normal,y la posición de la tropomiosina en la actina mutante probablemente se ha alejado de una ubicación que impide que la miosina se una.
"Creemos que esta posición alterada y el movimiento restringido de la tropomiosina evitan que golpee adecuadamente la miosina de los filamentos de actina cuando es hora de que el músculo se relaje, que es lo que mantiene los músculos contraídos, y en los humanos puede desencadenar la enfermedad"dice Cammarato.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Medicina Johns Hopkins . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :