Nueva comprensión de cómo funcionan los músculos

Las disfunciones musculares pueden ser tan simples como una ligera distensión después del ejercicio o tan graves como insuficiencia cardíaca y distrofia muscular. Una nueva técnica desarrollada en McGill ahora permite observar mucho más de cerca cómo funcionan juntos los sarcómeros, los componentes básicos de todos los músculos esqueléticos y cardíacos. Es un descubrimiento que debería hacer avanzar la investigación en una amplia gama de disfunciones musculares.

Hablar de trabajo meticuloso

Los sarcómeros son la unidad más pequeña dentro de un músculo en la que se pueden encontrar intactas todas las moléculas responsables de hacer que un músculo funcione. Estas minúsculas estructuras, unas cien veces más pequeñas en diámetro que un cabello humano promedio, trabajan en cooperación para producir fuerza durante la contracción muscular. Los científicos saben desde hace algún tiempo que cuando los músculos están activos, muchos millones de sarcómeros trabajan juntos y que el mal funcionamiento de los músculos puede deberse, al menos en parte, a una falta de comunicación entre los sarcómeros. Pero cómo se lleva a cabo exactamente esta comunicación ha sido un misterio hasta ahora. Porque nadie antes ha podido aislar un solo sarcómero, observarlo en acción y medir lo que está sucediendo.

“Fue muy, muy complicado y, a veces, frustrante para los estudiantes que trabajaron en este proyecto durante los últimos años”, dice Dilson Rassier, profesor en el Departamento de Kinesiología de McGill y el investigador principal del  estudio  que se publicó recientemente en el prestigiosa revista  Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America . “Usamos agujas microfabricadas para medir la fuerza y ​​microscopía de alta tecnología para aislar los sarcómeros y luego observarlos contraerse. Uno de nuestros colaboradores tuvo que desarrollar un modelo matemático para analizar los datos porque los números involucrados eran muy minúsculos y muy precisos”.

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Acercándonos a mini-músculos microscópicos en acción

Hay entre 2000 y 2500 sarcómeros que se encuentran juntos en espirales enlazadas en cada 10 milímetros de fibra muscular. Para observar los sarcómeros en acción, los investigadores primero tuvieron que aislar una sola miofibrilla (las unidades básicas parecidas a varillas que forman el tejido muscular) y luego enfocar un sarcómero individual. Luego experimentaron con diferentes concentraciones de calcio (que es responsable de desencadenar la activación y relajación muscular) para hacer que los sarcómeros se contraigan y midan su fuerza.

Lo que descubrieron fue que, en una miofibrilla sana, todos los sarcómeros vecinos se ajustan a la activación de un solo sarcómero. Este hallazgo es nuevo y provocativo, y muestra un mecanismo cooperativo entre sarcómeros en una miofibrilla que está vinculado a las propiedades específicas de las moléculas sarcoméricas. Esta dinámica inter-sarcómero es crucial para la comprensión del mecanismo molecular de la contracción.

Rassier parece exultante con los hallazgos: “Mi grupo tuvo que trabajar duro para concluir este estudio, pero los resultados valieron la pena. La técnica abre muchas posibilidades en el campo muscular. Desde que publicamos nuestros hallazgos hace unas semanas, he estado escuchando a biofísicos y fisiólogos de todo el mundo que están entusiasmados con esto. Nuestro próximo paso es investigar qué sucede en la insuficiencia cardíaca y otras enfermedades del sistema muscular cuando los sarcómeros no cooperan”.


El financiamiento fue proporcionado por los Institutos Canadienses para la Investigación en Salud (CIHR), el Consejo de Investigación de Ciencias Naturales e Ingeniería de Canadá (NSERC), el Consejo Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico (CNPq, Brasil) y el Programa de Cátedras de Investigación de Canadá.

Para leer “La perfusión microfluídica muestra la dinámica intersarcómero dentro de las miofibrillas del músculo esquelético único”, por Felipe de Souza Leite  et al ,  Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América (PNAS) DOI: 10.1073/pnas.1700615114:  http:/ /www.pnas.org/content/114/33/8794.resumen

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