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Cell Rep:线粒体关键元件调控肌肉功能

来源:本站原创 2019-11-18 03:16

2019年11月18日 讯 /生物谷BIOON/ --剧烈的活动(例如马拉松)会使我们的肌肉变得疲劳,酸痛甚至受损。随着时间的流逝,我们的肌肉纤维会通过复杂的细胞过程得到自我修复。最近,托马斯·杰斐逊大学的MitoCare中心与华盛顿儿童国家卫生系统遗传医学研究中心合作进行的新研究已经确定,线粒体中的蛋白质MICU1是所有细胞的“动力源”,它在维持肌肉大小和功能以及修复受损的肌肉纤维方面如何发挥关键作用。这些发现指出了MICU1在神经肌肉疾病中的潜在作用。该研究发表在最近的《Cell Reports》杂志上。

我们肌肉的收缩和松弛取决于每条肌肉纤维中钙离子的平衡。这些钙中的一部分被线粒体吸收,用于促进新陈代谢并产生能量,而蛋白质MICU1充当线粒体中钙摄取的主要调节剂。

(图片来源:Www.pixabay.com)

研究的主要作者,细胞生物学系教授György Hajnóczky博士说:“通过MICU1控制钙的运输有助于协调肌肉纤维及其内部的线粒体的功能。这种连接的中断会阻止线粒体与肌肉之间的正常交流,从而使肌肉更容易受到损害,无法施加太大的压力。”

实际上,临床中已经鉴定出50-60例存在MICU1缺陷的患者,他们表现出神经肌肉症状,例如肌肉疲劳和虚弱。存在一系列神经肌肉和神经退行性疾病,例如肌肉营养不良,其中线粒体中的钙失调可能是关键因素。然而我们并不知道其内部的机制。


对此,MitoCare博士后研究员Valentina Debattisti及其同事创建了一个小鼠模型,这种小鼠的骨骼肌中缺少MICU1。此外,他们还从MICU1缺陷的患者中采集了肌肉成纤维细胞。运用这些样品或模型,作者可以研究肌肉中MICU1缺失产生的影响。

研究人员发现,在小鼠模型和患者成纤维细胞中,MICU1的丢失都会改变线粒体摄取钙的阈值,这意味着线粒体无法感知摄取钙的正确水平。这会导致周围肌肉纤维中钙水平的不平衡,从而妨碍其正常功能。他们发现,肌肉纤维在受到刺激时产生的收缩力较小,MICU1缺陷的小鼠在运动时表现出疲劳感增强,并且肌肉萎缩程度更大,这与MICU1缺陷的的人类患者的症状相似。

他们决定更深入地研究肌肉疲劳和萎缩的可能原因。研究人员通过让小鼠在下坡的跑步机上跑步而对肌肉进行刺激。然后,他们注射了一种能够渗透到肌肉膜上的染料。肌肉得到的修复越少,其残存的染料就越多。研究人员发现,缺乏MICU1的小鼠的肌肉中有更多的染料,这表明它们进行肌肉修复的能力受到了损害。在患者成纤维细胞中,作者使用激光诱导了损伤,也观察到了同样的情况。随后,当他们将MICU1添加到成纤维细胞中时,肌肉纤维便能够恢复自我修复的能力。

“这意味着线粒体钙的摄取对于肌肉的正常修复很重要” Seifert博士说:“因此,增强这种控制机制可能会有助于运动后的肌肉恢复。”

这些发现证明了MICU1在肌肉功能中的新作用,并在MICU1与神经肌肉疾病中发现的损伤之间建立了直接联系,因此,MICU1有可能会成为治疗相关肌肉不良症状的潜在的治疗靶标。(生物谷Bioon.com)


资讯出处:
Master regulator in mitochondria is critical for muscle function and repair

原始出处:Valentina Debattisti, Adam Horn, Raghavendra Singh, Erin L. Seifert, Marshall W. Hogarth, Davi A. Mazala, Kai Ting Huang, Rita Horvath, Jyoti K. Jaiswal, György Hajnóczky. Dysregulation of Mitochondrial Ca2 Uptake and Sarcolemma Repair Underlie Muscle Weakness and Wasting in Patients and Mice Lacking MICU1. Cell Reports, 2019; 29 (5): 1274 DOI: 10.1016/j.celrep.2019.09.063

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