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当我们运动时，剧烈的活动(例如马拉松)会使我们的肌肉变得疲劳，酸痛甚至受损。随着时间的流逝，我们的肌肉能够通过每条肌肉纤维内的一系列复杂的细胞过程来自我修复。托马斯·杰斐逊大学的MitoCare中心与华盛顿儿童国家卫生系统遗传医学研究中心合作进行的新研究已经确定，线粒体中的蛋白质MICU1是所有细胞的“动力源”，如何发挥关键作用在维持肌肉大小和功能，以及修复受损的肌肉纤维方面。这些发现指出了MICU1在神经肌肉疾病中的潜在作用。该研究于10月29日发表在Cell Reports中。
我们肌肉的收缩和松弛取决于每条肌肉纤维中钙离子的适当平衡。这些钙中的一部分被线粒体吸收，用于促进新陈代谢并产生能量。蛋白质MICU1充当线粒体中钙摄取的主要调节剂。
研究的主要作者，病理学，解剖学和细胞生物学系教授，MitoCare中心主任GyörgyHajnóczky博士说：“通过MICU1控制钙的运输有助于协调肌肉纤维及其线粒体。” “这种连接的中断会阻止线粒体与肌肉其余部分之间的正常通讯，从而使肌肉更容易受到损害并且无法施加太大的力量。”
实际上，已经鉴定出50-60例无MICU1的患者，并表现出神经肌肉症状，例如肌肉疲劳和虚弱。存在一系列神经肌肉和神经退行性疾病，例如肌肉营养不良，其中线粒体中的钙失调可能是关键因素。潜在的机制是未知的。
为了解决这个问题，在MitoCare中心的Erin Seifert和GyörgyHajn?czky，华盛顿特区的Jyoti Jaiswal和来自纽卡斯尔-纽卡斯尔的纽卡斯尔大学惠康中心线粒体研究中心的Rita Horvath建立了多中心协作。英国泰恩。MitoCare博士后研究员瓦伦蒂娜·德巴蒂斯蒂(Valentina Debattisti)及其同事创建了一个小鼠模型，其中骨骼肌特别缺少MICU1。他们还从无MICU1出生的患者中收获了肌肉成纤维细胞。这是一种新颖的组合方法，可用于研究肌肉中MICU1缺失的特定作用。
研究人员发现，在小鼠模型和患者成纤维细胞中，MICU1的丢失都会改变线粒体摄取钙的阈值，这意味着线粒体无法感知钙摄取的正确水平。这会导致周围肌肉纤维中钙水平的不平衡，从而妨碍其正常功能。他们发现，肌肉纤维在受到刺激时产生的收缩力较小，删除了MICU1的小鼠在运动时表现出疲劳感增强，并且肌肉萎缩程度更大，这与未使用MICU1的人的症状相似。
他们决定更深入地研究疲劳和萎缩的可能原因，并磨练肌肉修复。研究人员通过让它们在下坡的跑步机上跑步而激怒了小鼠的肌肉，该跑步机比跑步的车轮更费力。然后他们注射了一种能够渗透到肌肉膜上的染料。修复越少，存在的染料就越多。研究人员发现，缺乏MICU1的小鼠肌肉中的染料更多，这表明它们进行肌肉膜修复的能力受到了损害。在患者成纤维细胞中也观察到了同样的情况，在成纤维细胞中，它们使用激光诱导了损伤。重要的是，当他们将MICU1添加到成纤维细胞中时，肌肉纤维便能够自我修复。
“这意味着线粒体钙的摄取对于肌肉的正常修复很重要，而这是以前所未知的，”病理，解剖学和细胞生物学系助理教授，也是MitoCare中心一部分的Seifert博士说。 。“因此，增强这种控制机制可能会有助于运动后的肌肉恢复，特别是如果控制机制受到损害的话。”
这些发现证明了MICU1在肌肉功能中的新作用，并在MICU1与神经肌肉疾病中发现的损伤之间建立了直接联系，从而将MICU1定位为潜在的治疗靶标。
Hajnóczky博士说：“有太多患者在运动时经历的疲劳超过正常疲劳，这可能使人衰弱。” “在许多情况下，它可能源于钙转运中断的线粒体疾病。这些患者以及患有其他神经肌肉疾病的患者可能会从对MICU1的更好了解中受益。”
这项工作是由NIH赠款(RO1 GM102724)和Leducq基金会资助的。