Регуляторный белок fMyBP-C отвечает за работу быстрых мышечных волокон

Миозин-связывающий белок C быстрых мышечных волокон (fast skeletal myosin-binding protein-C, fMyBP-C) экспрессируется главным образом в толстых филаментах быстрых волокон поперечнополосатой мускулатуры позвоночных. Мутации в гене Mybpc2, кодирующем этот белок, у человека ассоциированы с дистальным артрогрипозом, системным заболеванием скелетно-мышечной системы, характеризующимся деформацией конечностей, недоразвитием суставов и мышц. Нокдаун более 50% экспрессии Mybpc2 у рыбки данио вызывает деградацию мышц. До настоящего времени функция этого белка у млекопитающих не была известна, в отличие от функций двух его паралогов, содержащихся в медленных волокнах и в сердечной мышце. В новой работе ученые из США показали на мышиной модели, что fMyBP-C необходим для достижения максимальной скорости и силы сокращения быстрых мышц, а также их адаптации к хроническим перегрузкам.

Для изучения физиологической роли белка fMyBP-C была получена линия мышей, у которых обе копии гена Mybpc2 были нокаутированы (C2^-/-). Экзоны 2–22 удалили с помощью системы Cre-LoxP, заменив на неомициновую кассету. Успех нокаута подтвердили с помощью ПЦР.

Отсутствие белка fMyBP-C не замедлило на рост и развитие мышей, также не сказалось на мышечной массе, площади поперечного сечения мышц и на структуре саркомеров (базовой сократительной единицы поперечнополосатых мышц) — по этим показателям нокаутные мыши не отличались от контрольных. Однако мыши C2^-/- продемонстрировали меньшую выносливость на беговой дорожке, чем мыши дикого типа. Также максимальная сила хвата у нокаутных мышей была значительно меньше.

У изолированных быстросокращающихся мышц (например, ELD, m. extensor digitorum longus — длинного разгибателя пальцев) снижались максимальная сила изометрического сокращения и скорость изотонического сокращения. У камбаловидной мышцы, состоящей преимущественно из медленных волокон (SOL, m. soleus), где fMyBP-C практически не экспрессируется, эти показатели не отличались от контроля.

Ученые создали in vivo модель хронической перегрузки подошвенных мышц, удалив камбаловидную мышцу и 70% икроножной мышцы. У нокаутных мышей адаптивная гипертрофия перегруженных мышц была меньше, а повреждения, вызванные перегрузкой, — больше, чем у контрольных.

Кроме того, для быстрых мышечных волокон, полученных от мышей C2^-/-, показано снижение чувствительности к ионам кальция. Исследование образцов ELD методом малоуглового рентгеновского рассеяния позволило предположить бóльшую гибкость головок миозина, но их менее упорядоченное расположение вокруг актиновых филаментов.

Также в мышцах мышей C2^-/- снижалась экспрессия генов, отвечающих за регенерацию и дифференцировку мускулатуры (TMEM8C, PALMD и APCDD1), а гены, отвечающие за негативную регуляцию воспалительного ответа (IFITM3 и CSF1) и формирование актиновых филаментов (GSN, PALMD и LMOD1), подверглись дерегуляции.

Таким образом, регуляторный белок fMyBP-C способствует согласованной работе саркомера, повышению чувствительности к ионам кальция, достижению максимальной силы и скорости сокращения быстрых мышечных волокон и лучшей адаптации мышц у к перегрузкам.

Доктор Тэджон Сон (Taejeong Song), постдок из Университета Цинциннати и первый автор статьи, выразил надежду, что полученные данные о физиологической роли миозин-связывающих белков однажды пригодятся для лечения заболеваний скелетной мускулатуры.