春天行动起来： 肌丝蛋白质
为了迎接即将召开的 2024 年肌丝会议，四月份的出版物回顾涵盖了肌丝领域的最新进展。从肌张力药物对心肌肌丝 Ca2+ 敏感性的影响、蛋白激酶 D 在心脏稳态中的作用，到特定肌球蛋白结合蛋白 C 结构域在肌肉收缩中的贡献，以下研究将带来令人振奋的突破性进展。
特写图片（改编自 Payne et al. (2024)，采用 CC BY 4.0 DEED 许可）显示 oCOm-21（10 μM）可提高肌丝对 Ca2+ 的敏感性。A) 透化的心肌细胞粘在两个微针上，并与 Aurora Scientific 的力传感器和压电电机臂相连，放大 20 倍。图中刻度线代表 50 微米。B) 不同治疗组和对照组渗透心肌细胞的力-pCa 关系。C) pCa50 值。D) 最大主动力值。
一氧化碳原药 oCOm-21 可提高心肌肌丝对 Ca2+ 的敏感性
进行心肺旁路手术是为了纠正急性心肌梗死（俗称心脏病发作）患者的血管缺陷。接受这些手术的患者通常会接受肌注，以维持或改善心输出量，防止出现低输出量综合征和器官功能障碍等并发症。多巴酚丁胺等传统肌力药物虽然前景广阔，但由于其对细胞内钙离子水平的影响，可能会导致心律失常，因此需要更安全的肌力药物。
为了解决这个问题， Payne et al. (2024)研究了一氧化碳（CO）释放原药 oCOm-21 的 Ca2+ 增敏效应。从雄性 Sprague Dawley 大鼠体内分离出左心室心肌细胞，对其进行渗透处理，并将其安装到倒置相衬显微镜上。用硅酮胶将透化的心肌细胞粘附在与 Aurora Scientific 的 406A 力传感器和 322C 高速长度控制器相连的 100 μm 针脚上。在 Aurora Scientific 803B 仪器的 8 孔槽板上，将心肌细胞浸入一系列亚极限 pCa 溶液中，并使用 900B VSL 相机监测肌节长度。
在评估 pCa50（即产生 50%最大力量的 Ca2+ 浓度）时，研究人员发现，与载体和对照组相比，oCOm-21 能显著提高肌丝对 Ca2+ 的敏感性。此外，与载体相比，oCOm-21 处理后肌丝磷酸化没有发生变化，而进一步用血红素清除剂血塞通处理后，oCOm-21 的 Ca2+ 敏感效应就会消失。总之，这些研究结果表明，血红素依赖性机制是 oCOm-21 诱导透化心肌细胞肌丝 Ca2+ 敏感性的基础，并为探索其作为临床肌力药物的潜力提供了一个前景广阔的框架。
蛋白激酶 D 通过调节肌丝蛋白的翻译后修饰，在维持心脏稳态方面发挥着至关重要的作用
蛋白激酶 D 1（PKD1）是 PKD 蛋白家族的主要同工酶。众所周知，PKDs 在心肌收缩、肥厚和重塑过程中起着关键作用，但 PKD1 在氧化应激过程中对心肌细胞功能的具体作用还没有被研究出来。因此，Herwig et al. (2024)试图通过评估心肌细胞特异性 Prkd1 基因敲除（PKD1 cKO）小鼠心脏组织中的肌丝特性和炎症标志物来研究这一问题。
使用 Aurora Scientific 的 1600A 系统，用硅胶粘合剂将 cKO 小鼠左心室的单个带皮心肌细胞粘附在 403A 力传感器和 322C 高速长度控制器之间。调整肌节长度后，将心肌细胞暴露于 803B 仪器 8 个孔中一系列不同浓度的 Ca2+。
有趣的是，PKD1 cKO 小鼠的透化心肌细胞表现出被动硬度增加、肌丝 Ca2+ 敏感性增加以及 Ca2+ 激活的最大张力降低。用还原型谷胱甘肽处理后，这些效应被逆转，这表明肌丝蛋白氧化是心肌细胞功能障碍的基础。除了这些影响外，PKD1 缺乏还会导致氧化应激和促炎标志物增加。总之，这些发现强调了 PKD1 在维持氧化应激和炎症平衡以保护心肌细胞功能方面的重要性。
肌球蛋白结合蛋白 C 调节肌节晶格并稳定肌球蛋白头的关断状态
肌球蛋白结合蛋白 C（MyBP-C）是一种存在于肌肉细胞中的蛋白质，尤其是在心肌和骨骼肌中，它在调节肌肉收缩方面起着至关重要的作用。虽然已知编码 MyBP-C 的基因突变会导致肥厚型心肌病等使人衰弱的疾病，但 MyBP-C 的中间和 N 端结构域（MyBP-CC1C7）的具体作用仍有待了解。Hessel et al. (2024)在 SNOOPC2 小鼠的渗透骨骼肌中进行了机械和小角 X 射线衍射实验，旨在解决这一问题。
为了评估交桥动力学和力学，用硅胶将渗透的腰肌纤维连接在极光科学公司的 315C 高速长度控制器和 403A 力传感器之间。在他们的 1600A 系统设置中，803B 温控仪由位于倒置显微镜平台上的 825A 热电偶调节，901D 高速 VSL 摄像机用于监测肌节长度。当他们继续进行小角度 X 射线衍射实验时，肌肉预处理悬挂在 402A 力传感器和 322 高速长度控制器之间，力和长度数据由 Aurora 的 600A 采集： 实时肌肉数据采集和分析系统。
研究人员发现，MyBP-C的裂解会导致较短的细丝和较短肌节长度的钙敏感性降低，同时在次最大激活下增加了跨肌节长度的横桥动力学。此外，X射线结构分析表明，肌球蛋白头在裂解后向ON状态转变，这表明MyBP-CC1C7结构域在调节肌肉收缩性能方面起着关键作用。
结论
随着四月份的到来， Payne et al. (2024), Herwig et al. (2024), 和 Hessel et al. (2024)的这些研究揭示了肌肉功能的复杂机制，特别是在肌丝调节和收缩方面。从原药到蛋白质，这些见解最终加深了我们对肌肉疾病的理解，并发现了改善肌肉功能的潜在治疗靶点。
