Los científicos obtienen la primera imagen 3D de alta resolución de la proteína muscular

El corazón y el músculo esquelético deben su función como máquinas biológicas fiables a la extraordinaria precisión con la que se ensamblan sus estructuras contráctiles más pequeñas, los sarcómeros. Generando el poder para llevar sangre a todos los órganos y permitiendo los movimientos del cuerpo, desde la respiración hasta la carrera de velocidad, estos músculos requieren el ensamblaje coordinado de millones de componentes proteicos que están coordinados por las proteínas más grandes del cuerpo humano, los «gobernantes» gigantes: titina , nebulina y oscurecimiento.

Debido a su gran tamaño, el estudio de estas proteínas está plagado de desafíos técnicos. Ahora, los científicos han utilizado técnicas de microscopía electrónica de vanguardia para obtener la primera imagen 3D de alta resolución de la nebulina, una proteína gigante de unión a actina que es un componente esencial del músculo esquelético. Este descubrimiento nos brinda la oportunidad de comprender mejor el papel de la nebulina, ya que sus funciones han permanecido vagas debido a su gran tamaño y la dificultad de extraer la nebulina en un estado nativo del músculo.

El profesor Mathias Gautel, director de la Escuela de Biociencias Médicas y Básicas, el Dr. Ay Lin Kho y un equipo de investigadores de Max Planck dirigido por Stefan Raunser, utilizaron la criotomografía electrónica para descifrar la estructura de la nebulina con un detalle impresionante. Sus hallazgos podrían conducir a nuevos enfoques terapéuticos para tratar enfermedades musculares, ya que las mutaciones genéticas en la nebulina van acompañadas de una pérdida dramática de la fuerza muscular conocida como miopatía nemalínica.

Los músculos esqueléticos y cardíacos se contraen y relajan al deslizarse los filamentos paralelos de las proteínas miosina y actina. La nebulina, otra proteína larga y delgada, que está presente solo en el músculo esquelético, se empareja con la actina, estabilizándola y regulándola mediante una serie de estructuras similares llamadas repeticiones. Las mutaciones en el gen que codifica la nebulina pueden producir una nebulina anormal que causa miopatía nemalínica, un trastorno neuromuscular incurable con diversos grados de gravedad, desde debilidad muscular hasta impedimentos del habla y problemas respiratorios.

Conocer la estructura de la nebulina y cómo interactúa exactamente con la actina podría ser fundamental para el desarrollo de nuevos tratamientos. En este estudio, los investigadores pudieron visualizar la miosina y la actina directamente en su entorno nativo, el músculo, mediante el uso de una poderosa técnica de microscopía llamada criotomografía electrónica (crio-ET). Los experimentos se realizaron en músculos de ratones que son muy similares a los humanos, utilizando procedimientos optimizados en los laboratorios del Centro Randall de Biofísica Celular y Molecular del King’s College de Londres. Sorprendentemente, los filamentos de actina del músculo cardíaco demostraron la clara ausencia de nebulina.

Los hallazgos revelan que cada repetición de nebulina se une con una subunidad de actina, lo que demuestra el papel de la nebulina como regla que gradúa la longitud de los filamentos de actina. Cada repetición de nebulina interactúa con cada subunidad de actina vecina, lo que explica su papel como estabilizador. Finalmente, los científicos proponen que la nebulina podría regular la unión de actina y miosina, y por lo tanto la contracción muscular, al interactuar con otra proteína llamada troponina.

Impulsado por su reciente éxito, el grupo ahora se concentrará en revelar los detalles estructurales de la regulación de la miosina, el filamento motor del músculo. Tales hallazgos finalmente podrían ayudar a pintar la imagen completa de los intrincados detalles detrás de la contracción del músculo esquelético y cardíaco.

La investigación fue publicada en Ciencia.