心臟的收縮和舒張由心臟肌肉細胞中鈣的周期性上升和下降控制，已知受一種稱為磷蛋白 (PLN) 的蛋白質(zhì)調(diào)節(jié)。在壓力情況下釋放激素，例如(去甲)腎上腺素，導(dǎo)致 PLN 的酶促修飾，稱為磷酸化。這些生化反應(yīng)使心肌收縮得更強壯，放松得更快(“戰(zhàn)斗或戰(zhàn)斗”反應(yīng))。
這種蛋白質(zhì)的功能重要性在攜帶 PLN 基因突變的患者身上變得明顯——其中大多數(shù)會導(dǎo)致嚴重的心臟病，經(jīng)常出現(xiàn)心律失常，最終導(dǎo)致心力衰竭。眾所周知，PLN 形成更大的分子結(jié)構(gòu)，稱為五聚體，但盡管對 PLN 進行了數(shù)十年的研究，但其五聚體的生物學(xué)作用仍不清楚。
基礎(chǔ)與醫(yī)學(xué)生物科學(xué)學(xué)院蘭德爾細胞與分子生物物理學(xué)中心的研究生 Daniel Koch 使用數(shù)學(xué)建模與生化和細胞生物學(xué)實驗相結(jié)合，最近發(fā)現(xiàn)五聚體在人類的表現(xiàn)中具有雙重作用心。
首先，已發(fā)現(xiàn) PLN 五聚體通過與不在五聚體中的單體 PLN 分子競爭并延遲它們的修飾來充當(dāng)信號持久性傳感器。這是為了確保心肌細胞只對足夠持久的腎上腺素刺激做出反應(yīng)。其次，五聚體已被發(fā)現(xiàn)為(去甲)腎上腺素信號提供生化短期記憶，使心肌細胞能夠記住它們在前幾秒鐘所受到的刺激強度。
通過模擬，Koch 及其同事表明，這種記憶和持久性感知相輔相成，充當(dāng)過濾器——類似于電子通信中的信號處理——可以從分子壓力信號中去除“噪音”，從而確保鈣去除和放松的協(xié)調(diào)的心臟。
Koch 說，他們的研究“為生化信號網(wǎng)絡(luò)在調(diào)節(jié)心臟協(xié)調(diào)和節(jié)律收縮中所起的作用提供了一個新視角。我們的研究結(jié)果表明，此類網(wǎng)絡(luò)中的分子噪聲過濾器對于預(yù)防心律失常的發(fā)生和希望將有助于更好地了解和治療此類疾病。”
Koch 及其同事現(xiàn)在的目標(biāo)是將這個新模型與心臟電生理學(xué)的數(shù)學(xué)描述結(jié)合起來。這將使該團隊能夠直接研究“噪聲過濾”對心律失常出現(xiàn)的影響，并做出新的預(yù)測，使該小組能夠使用來自“濕”實驗室的新實驗數(shù)據(jù)來驗證和改進模型。
標(biāo)簽： 心肌細胞
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