研究人员对心肌细胞生化信号的新见解

心脏的收缩和舒张由心脏肌肉细胞中钙的周期性上升和下降控制，已知受一种称为磷蛋白 (PLN) 的蛋白质调节。在压力情况下释放激素，例如(去甲)肾上腺素，导致 PLN 的酶促修饰，称为磷酸化。这些生化反应使心肌收缩得更强壮，放松得更快(“战斗或战斗”反应)。

这种蛋白质的功能重要性在携带 PLN 基因突变的患者身上变得明显——其中大多数会导致严重的心脏病，经常出现心律失常，最终导致心力衰竭。众所周知，PLN 形成更大的分子结构，称为五聚体，但尽管对 PLN 进行了数十年的研究，但其五聚体的生物学作用仍不清楚。

基础与医学生物科学学院兰德尔细胞与分子生物物理学中心的研究生 Daniel Koch 使用数学建模与生化和细胞生物学实验相结合，最近发现五聚体在人类的表现中具有双重作用心。

首先，已发现 PLN 五聚体通过与不在五聚体中的单体 PLN 分子竞争并延迟它们的修饰来充当信号持久性传感器。这是为了确保心肌细胞只对足够持久的肾上腺素刺激做出反应。其次，五聚体已被发现为(去甲)肾上腺素信号提供生化短期记忆，使心肌细胞能够记住它们在前几秒钟所受到的刺激强度。

通过模拟，Koch 及其同事表明，这种记忆和持久性感知相辅相成，充当过滤器——类似于电子通信中的信号处理——可以从分子压力信号中去除“噪音”，从而确保钙去除和放松的协调的心脏。

Koch 说，他们的研究“为生化信号网络在调节心脏协调和节律收缩中所起的作用提供了一个新视角。我们的研究结果表明，此类网络中的分子噪声过滤器对于预防心律失常的发生和希望将有助于更好地了解和治疗此类疾病。”

Koch 及其同事现在的目标是将这个新模型与心脏电生理学的数学描述结合起来。这将使该团队能够直接研究“噪声过滤”对心律失常出现的影响，并做出新的预测，使该小组能够使用来自“湿”实验室的新实验数据来验证和改进模型。

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