Быстрое сердце, медленное сердце: Разницу объясняют изменения в молекулярном моторе миозине

Человеческое сердце сокращается около 70 раз в минуту, а сердце крысы — более 300 раз. Новое исследование, опубликованное 10 июня в журнале PLOS Biology, раскрывает молекулярные различия в белке сердечной мышцы бета-миозине, которые лежат в основе этой разницы в скорости сокращения.

Миозин — это "молекулярный мотор", который, сжигая клеточную энергию в форме ATP, создает усилие против нитей актина, вызывая сокращение мышцы. Максимальная скорость сокращения (V₀) предсказуемо различается у млекопитающих: у мелких видов с высоким метаболизмом V₀ выше, чем у крупных.

Авторы сравнили последовательности бета-миозина (саркомерного миозина, присутствующего в сердце) у 67 видов млекопитающих. Различия в моторном домене молекулы (области, связывающей и гидролизующей ATP) наиболее тесно коррелировали с различиями в V₀.

Анализ двух независимых эволюционных линий млекопитающих позволил выявить 16 сайтов в молекуле, ассоциированных именно с размером тела. Человек и крыса различались по девяти из этих позиций. Когда эти аминокислоты крысы встроили в человеческий белок, химерный белок стал функционировать подобно крысиному: его подвижность удвоилась, а скорость высвобождения продукта реакции ADP (лимитирующая стадия сокращения) увеличилась.

"Изменение V₀, которое мы наблюдали, демонстрирует, что изменения в этих остатках, вероятно, позволили замедлить сердечный ритм, необходимый более крупным животным в ходе эволюции", — сказала соавтор Хлоя Джонсон.

Тот факт, что две независимые эволюционные линии пришли к одному и тому же решению для замедления сокращения, указывает на то, что у природы, возможно, мало молекулярных вариантов для изменения скорости сокращения бета-миозина.