El químico y kinesiólogo de UMass Amherst sintetiza combustible artificial para el músculo

Un químico y kinesiólogo se subió a un autobús, pero esto no es una trampa para una broma. En cambio, el kinesiólogo y autor principal Ned Debold y el químico Dhandapani Venkataraman, "DV", comenzaron a hablar en su viaje en autobús a la Universidad de Massachusetts Amherst y descubrieron su interés mutuo en cómo la energía se convierte de una forma a otra, para Debold, en el músculo tejido y para DV, en células solares. Debold le dijo al químico cómo los investigadores han estado buscando una fuente de energía alternativa para reemplazar la habitual del cuerpo, una molécula llamada adenosina trifosfato (ATP).
Dicha fuente podría controlar la actividad muscular y podría conducir a nuevos tratamientos para calmar los espasmos musculares. en la parálisis cerebral, por ejemplo, o activar o mejorar la función del músculo esquelético en la EM, ELA y la insuficiencia cardíaca crónica. Todos son muy debilitantes porque el cuerpo no tiene forma de repararlos, dice el fisiólogo muscular Debold. No tiene buenos mecanismos para controlar, ya sea inhibir o aumentar, la función de miosina, el motor molecular que impulsa el movimiento.
Como señala DV, el enfoque habitual para buscar un nuevo compuesto es probar sistemáticamente cada uno entre millones hasta que parezca que vale la pena seguirlo: el enfoque clásico de "aguja en un pajar". Él dice: "En un momento le sugerí a Ned: '¿Por qué no construimos la aguja nosotros mismos?' Eso nos inició en este interesante proyecto que reunió a personas que de otro modo nunca trabajarían juntas ". Los dos pronto vieron que necesitarían a alguien para modelar las interacciones entre las moléculas que DV estaba haciendo y las moléculas de miosina que Debold estaba usando para probarlas. Invitaron al químico computacional Jianhan Chen. Hicimos modelado por computadora porque experimentalmente es difícil saber cómo la miosina podría estar usando las moléculas que sintetiza DV. Podemos usar la simulación por computadora para proporcionar una imagen detallada a nivel molecular para comprender por qué estos compuestos podrían tener ciertos efectos. Esto puede proporcionar información no solo sobre cómo interactúa la miosina con el conjunto actual de compuestos, sino que también puede proporcionar una hoja de ruta para que DV la use para diseñar nuevos compuestos que sean aún más efectivos para alterar la función de la miosina ". Jianhan Chen, Químico Computacional, UMass Amherst Este mes, los investigadores informan en el Biophysical Journal que han hecho una serie de compuestos sintéticos para servir como fuentes de energía alternativas para la proteína muscular miosina, y que la miosina puede usar esta nueva fuente de energía para generar fuerza y ​​velocidad. Mike Woodward del laboratorio de Debold es el primer autor de su artículo y Xiaorong Liu del laboratorio de Chen realizó la simulación por computadora.
Al usar diferentes isómeros, moléculas con átomos en diferentes disposiciones, pudieron "modular e incluso inhibir efectivamente la actividad de la miosina", lo que sugiere que cambiar el isómero puede ofrecer un enfoque simple pero poderoso para controlar la función motora molecular. Con tres isómeros del nuevo sustituto de ATP, muestran que la capacidad de generación de fuerza y ​​movimiento de la miosina puede alterarse dramáticamente. "Al correlacionar nuestros resultados experimentales con la computación, mostramos que cada isómero ejerce un control intrínseco al afectar pasos distintos en el ciclo mecanoquímico de la miosina". DV recuerda: "Mi laboratorio nunca había fabricado este tipo de compuestos antes, tuvimos que aprender una nueva química; mi alumno Eric Ostrander trabajó en la síntesis". La nueva química implica pegar tres grupos fosfato en una molécula sensible a la luz, el azobenceno, lo que los investigadores ahora llaman trifosfato de azobenceno, agrega. La siguiente etapa para el trío será mapear el proceso en varios puntos del ciclo bioquímico de la miosina, dice Debold.
"En el campo de la investigación muscular, todavía no entendemos completamente cómo la miosina convierte la ganancia de energía de los alimentos que comemos. en el trabajo mecánico. Es una cuestión que se encuentra en el corazón de la comprensión de cómo se contraen los músculos. Al alimentar a la miosina con fuentes de energía alternativas cuidadosamente diseñadas, podemos entender cómo funciona este complejo motor molecular.
Y en el camino es probable que revelemos nuevos objetivos y enfoques para abordar una serie de enfermedades relacionadas con los músculos ".