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El investigador chileno Julio Fernández y su equipo de la Universidad de Columbia han descubierto una nueva forma de memoria mecánica que ajusta la elasticidad de los músculos a su historia de estiramiento. Los resultados del estudio se publican en la revista Cell (doi:10.1016/j.cell.2014.01.056).
Mediante la utilización de microscopios de fuerza atómica altamente sensibles, los científicos han detectado una reacción química que aumenta la elasticidad de las proteínas del músculo. Esta reacción se dirige fundamentalmente a las moléculas que han sido expuestas a una fuerza de estiramiento.
«Hemos descubierto una forma efectiva de ajustar la elasticidad muscular. Observamos primero el efecto a nivel molecular, y luego analizamos todo el camino hasta el tejido humano», ha señalado Pallav Kosuri, uno de los autores del trabajo.
Julio Fernández ha pasado casi dos décadas estudiando el origen molecular de la elasticidad muscular: Fue pionero en técnicas de molécula única, utilizadas hoy ampliamente para estudiar la mecánica molecular.
Una molécula en particular captó su atención. Se trata de una proteína llamada titina, la más grande del cuerpo y la principal fuente de la elasticidad muscular pasiva.
Cada molécula de titina consta de una larga cadena de haces cruzados y se asemeja a una cuerda con cientos de nudos. Esta proteína ha sido tradicionalmente considerada como un andamiaje estructural pasivo para el músculo, sin embargo, la investigación realizada en el laboratorio que dirige Fernández revela que hay más titina de lo que se pensaba.
La titina y la oxidación
El autor principal señala que esta proteína es “como un ordenador mecánico que proporciona la elasticidad adecuada y necesaria para cada músculo, incluyendo el corazón. Lograr que este sistema trabaje con un rendimiento óptimo se encuentra entre los desafíos más grandes del cuerpo humano», destaca.
En el nuevo estudio se ha investigado la forma en la que la que la titina se ve afectada por la oxidación. Los niveles de oxidación aumentan durante la actividad muscular como una consecuencia natural del metabolismo elevado.
Los investigadores han encontrado que la titina contiene un número inusualmente alto de «puntos calientes» de oxidación –lugares que son más propensos a la oxidación–, pero la mayoría de estos puntos están ocultos dentro de los pliegues moleculares y por lo tanto están inactivos. Por otro lado, también han visto que el estiramiento de un músculo puede forzar a la titina a desplegarse.
Además, los autores comprobaron que este desdoblamiento dejaba expuestos los puntos de acceso, haciendo que la titina fuera cada vez más sensible a la oxidación en el estiramiento.
Intrigado por este hallazgo, el equipo investigó lo que ocurría con la proteína cuando se oxidaba y se centraron en una de las formas más comunes de la oxidación, llamada glutationilación.
Como habían previsto, los investigadores observaron que la fuerza mecánica desenredó los haces cruzados de titina y activó la glutationilación. La sorpresa llegó cuando descubrieron que este tipo de oxidación bloqueaba los haces en un estado desplegado, haciendo que la rigidez de la molécula cayera dramáticamente.
En la ausencia de oxidación, la fuerza mecánica generó cambios transitorios en la elasticidad, que duraba solo unos pocos segundos. Sin embargo, el efecto de una fuerza mecánica, en combinación con la glutationilación, resultó mucho más persistente. La rigidez de las moléculas de titina sólo se pudo restablecer mediante la inversión de la oxidación
Juntando todas estas piezas, el equipo de la Universidad de Columbia ha podido explicar por qué la combinación de ejercicio y estiramiento conduce a una flexibilidad duradera, pero con incrementos reversibles. Según los científicos, el ejercicio facilita las reacciones de oxidación, pero es el estiramiento que prepara los músculos para la oxidación.
Una vez que se producen las reacciones de oxidación, estas bloquean a las proteínas del músculo en un estado desplegado y causan un aumento sostenido de su elasticidad. El músculo vuelve a la normalidad cuando las células musculares eliminan naturalmente la oxidación, un proceso que puede durar varias horas.
La postura del perro en yoga
«Como aficionado al yoga, creo que estamos empezando a entender el aumento de la flexibilidad inducida por esta práctica. Una postura como la del perro mirando hacia abajo es muy eficaz para desplegar los nudos de la titina, permitiendo modificaciones que hacen que la proteína recuerde que tiene que seguir desplegada», señala Kosuri
El equipo cree que este tipo de memoria mecánica podría ser una característica común de la mayoría de los tejidos elásticos.
Los hallazgos del estudio podrían tener aplicaciones clínicas utilizando métodos bioquímicos para modificar la elasticidad muscular. «El ajuste farmacológico de la mecánica muscular podría conducir a nuevos tratamientos para la enfermedad cardíaca y otras dolencias que afectan la elasticidad muscular, incluyendo cardiomiopatía dilatada, una de las causas más comunes de insuficiencia cardíaca en los jóvenes», dicen los autores.
Según Kosuri, «es un descubrimiento inicial, pero las implicaciones son muy emocionantes y demuestra que todavía tenemos mucho que aprender acerca de cómo nuestros músculos funcionan realmente».
marzo 13/2014 (SINC)
Jorge Alegre-Cebolladasend email, Pallav Kosuri, David Giganti, Edward Eckels, Jaime Andrés Rivas-Pardo, Nazha Hamdani, Chad M. Warren, R. John Solaro, Wolfgang A. Linke, Julio M. Fernández.S-Glutathionylation of Cryptic Cysteines Enhances Titin Elasticity by Blocking Protein Folding.Cell, Volume 156, Issue 6, 1235-1246, 13 March 2014
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