Соединительного филамента: титин

Согласно современной модели двухфиламентного саркомера, предложенной X. Хаксли и Хенсоном (1954), а также А. Хаксли и Нидергерке (1954), сокращение мышцы происходит благодаря связыванию и движению филаментов актина и миозина. Два филамента двигаются или скользят относительно друг друга, изменяя степень взаимного перекрытия, тогда как их длина не изменяется. Однако, если взглянуть на классическую иллюстрацию организации саркомера (см. рис. 3.2), возникают следующие вопросы:

• во-первых, почему создается впечатление, что филаменты миозина плывут?

• во-вторых, что удерживает саркомер воедино?

Структура саркомера кажется полностью нелогичной. Неизменной особенностью мышцы является центральное положение миозина в сарко-мере, посередине между Z-линиями. Это положение сохраняется даже при растяжении саркомера.

Что же удерживает миозин в центре? Ответом на этот вопрос является наличие соединительного филамента — титина (рис. 3.4 и 3.5).

До начала 1990-х гг. в большинстве учебников по физиологии, гистологии и даже анатомии об этих филаментах почти не упоминалось. По мнению Маруямы (1986), это объяснялось тем, что они не очень четко вписывались в теорию скольжения филаментов.

Структура титина. Спустя несколько лет после идентификации соединительных филаментов Ванг (1985) приступил к тщательному биохимическому анализу белка коннектин. Исследования показали, что коннектин состоит из двух белков: титина и небулина.

На сегодняшний день титин является наиболее крупным белком, его молекулярная масса равна 2,5-3,0 Da (Maruyama и др., 1984; Kurzban и Wang, 1988). Титин составляет около 10 % миофибриллярной массы (Trinick, Knight, Whiting, 1984; Wang, Ramirez-Mitchell, Palter, 1984).

филамент (миозин) (актин)

(титин)

Рис. 3.4. Схематическая диаграмма, иллюстрирующая расположение основных структурных элементов саркомера (Pollack, 1990)

28

Наука о гибкости

Рис. 3.6. Непосредственное доказательство наличия соединительных филаментов в

летательной мышце рабочей пчелы (а). Примеры филаментов коннектшга (титина)

в сильно растянутой мышце лягушки (б). Изображение замороженной летательной

мышцы рабочей пчелы (в) (Pollack, 1990)

30

Глава 3 Сократительные компоненты мышцы

Что делает титиновый филамент столь эластичным? Теоретически ряд факторов обусловливают существенную растяжимость титина Во-первых, титин содержит большое количество аминокислоты пролин, которая расщепляет а-спиралевидные цепочки, обусловливающие ригидность полипептидов (Pollack, 1990) Во-вторых, как следствие этого, отдельная молекула титина не содержит никакой а-спиралевидной структуры Наоборот, она состоит из произвольных витков (Тпшск, Knight,

31

Haукa о гибкости

Whiting, 1984). В-третьих, отдельный пептид с молекулярной массой, равной 3 млн Da, может достигать длины до 7,0 мкм. В то же время в покое длина саркомера составляет около 2,4 мкм, а при максимальном растягивании — 7,0 мкм. На основании этих данных было высказано предположение, что титин должен быть компактно «упакован» в саркомере (Maruyama, 1986). Таким образом, в случае начального растягивания мышцы сегмент титина, находящийся между концом миозинового фила-мента и Z-линией, является главным фактором, обусловливающим увеличение длины саркомера (Trombitas и др., 1993). После того как этот сегмент титина достигнет предела своей длины, рекрутирование дополнительных «завернутых» (скрученных) или каким-то образом прикрепленных к филаменту миозина сегментов титина обусловливает дальнейшее увеличение длины саркомера (Wang и др., 1991). Однако и эта структура имеет свои пределы.

Регулирование растяжимости мышц. В связи с вышесказанным попытаемся ответить на следующие вопросы. Во-первых, что регулирует растяжимость мышц? Во-вторых, можно ли повлиять на фактор(-ы), регулирующий(-е) растяжимость мышц, таким образом, чтобы увеличить гибкость? Первый вопрос изучал Ванг с коллегами (1991). В результате проведенных исследований они установили, что длина и размеры имеют большое значение, если необходимо определить, когда сарко-меры производят напряжение покоя при растягивании и куда исчезает саркомер при нагрузке. Например, мышцы, выражающие более крупные изоформы титина (т.е. структурные варианты), как правило, инициируют напряжение при большей длине саркомера, а также достигают своего предела эластичности. А мышцы, выражающие более длинные изоформы титина, развивают наименьшее напряжение. Ученые также пришли к выводу, что различные мышечные группы выражают различные типы титановых изоформ и, таким образом, проявляют различные кривые нагрузки-растяжения.

Эти данные говорят о том, что «клетки скелетной мышцы могут контролировать и модулировать тугоподвижность и предел эластичности на основании избирательного выражения определенных изоформ титина» (Wang и др., 1991). Любопытно, что наблюдаемые анатомические изменения изоформ титина отмечаются в мышцах из различных участков тела (Akster, Granzier, Focant, 1989; С. Hill, Weber, 1986; Wang, Wright, 1988).

Возникает вопрос, могут ли тренировочные занятия повлиять на определенные изоформы титина? К сожалению, до настоящего времени он остается открытым.

В последнее время изучался и другой весьма важный вопрос: какова взаимосвязь между расщеплением титина и различными нервно-мышечными расстройствами, такими, например, как синдром Шварца-Ям-пеля (Soussi-Yanicostas и др., 1991) и мышечная дистрофия Дюшенна. По мнению Мацумуры и коллег (1989), расщепление титина, «даже вторичное, скорее всего, играет важную роль в патогенезе миофибрилляр-ной дегенерации при мышечной дистрофии Дюшенна». Другим важным

32