В области физиологии мышц ученые изучают движение мышц на молекулярном уровне – в основном такие белки, как миозин, актин и тайтин, – чтобы понять, как мышцы сокращаются.
Их исследования улучшают здоровье человека и качество жизни во многих областях, включая реабилитационную инженерию, проектирование протезов и лечение нервно-мышечных заболеваний, таких как мышечная дистрофия, которая вызывает прогрессирующую слабость и потерю мышечной массы.
Признанный во всем мире за свой вклад в эту область, профессор биологии Риджентс Университета Северной Аризоны Кииса Нисикава, директор Центра биоинженерных инноваций, недавно опубликовала результаты в журнале Nature Scientific Reports. Бумага, "Кальций увеличивает связывание тайтина N2A с F-актином и регулирует тонкие филаменты," подробно изучается, как белок тайтин взаимодействует с актином, когда присутствует кальций, и его роль в сокращении мышц.
"Мутации тайтина ответственны за многие сердечные заболевания, такие как кардиомиопатия и мышечные заболевания, такие как мышечная дистрофия, но основные причины этих мутаций остаются в значительной степени необъясненными," Нисикава сказал. "Титин – самый крупный из известных белков, но это очень податливый, похожий на пружину белок. Чтобы тайтин вносил вклад в производство активной силы, необходим механизм, увеличивающий жесткость тайтина. Наши исследования показывают, что кальций-зависимое связывание тайтина с актином обеспечивает механизм."
Используя атомно-силовой микроскоп, динамическую силовую спектроскопию, анализы со-седиментации и тесты подвижности in vitro, Нисикава и ее команда, в том числе доцент кафедры машиностроения Брент Нельсон, постдокторант Самрат Датта и сотрудники Массачусетского университета Лоуэлла, провели несколько экспериментов. чтобы определить, как тайтин взаимодействует с актином, когда присутствует кальций, и как это взаимодействие может способствовать эластичности мышц. В результате этого исследования они считают, что тайтин играет регулирующую роль в сокращении мышц.
Исследования Нисикавы поддержаны организацией W. M. Фонд Кека и Фонд технологических исследований НАУ. Получив в 2014 году престижный грант в размере 1 миллиона долларов от Фонда Кека – один из шести грантов на медицинские исследования, присужденных в этом году, – Нисикава возглавляет Лабораторию мышечного и моторного контроля, междисциплинарную группу ученых и инженеров, изучающих мышцы, от молекул до движений. Команда разработала много новых интересных идей о фундаментальных принципах физиологии мышц и применила эти идеи для управления носимыми вспомогательными устройствами, включая протезы и экзоскелеты.