基因变异赋予老鼠跳跃和奔跑的超强肌腱
当你为动物或运动员的力量和速度鼓掌时，你可能不会赞美他们的肌腱(连接肌肉和骨骼的结缔组织)——但也许你应该这样做。斯克里普斯研究所的科学家们发现了一种基因突变，使肌腱能够储存更多的能量，让老鼠跳得更高，达到比平常更快的速度，该团队于2022年6月1日报道科学转化医学．人类的初步数据表明，这种基因变体存在于一种被称为PIEZO1的传感器蛋白质中，可能在人身上发挥类似的作用。
“根据我们的数据，PIEZO1在的性质中起着关键作用肌腱资深作者、医学博士、斯克里普斯研究所分子医学教授Hiroshi Asahara说。“它也有可能成为治疗与年龄有关的身体机能下降的治疗靶点。”
PIEZO1蛋白是一个触摸敏感离子通道;它位于细胞而且，当它检测到压力时，就会打开，让电荷离子流过。它最初是由斯克里普斯研究所教授Ardem Patapoutian博士于2010年发现的，他获得了2021年诺贝尔生理学或医学奖，部分原因是这一发现，并展示了相关蛋白质PIEZO2如何使我们的触觉和本体感觉得以实现。
“在小鼠身上发现的PIEZO1在肌腱生物学中的新作用，强调了这组离子通道是多么重要，”帕塔普田说，他也是霍华德休斯医学研究员，与Asahara合作进行这项新工作。“随着我们不断研究，我们正在发现piezo在健康和疾病方面更多可能的新作用。”
增压的老鼠
自Patapoutian发现PIEZO1以来，这种蛋白质已被证明在血管、心脏、骨骼和心脏的发育中发挥作用免疫细胞．去年，Patapoutian的研究小组发现，多达三分之一的非洲人后裔携带的PIEZO1基因变体有助于预防疟疾，但可能会使人们的血液中铁含量过高。
最近，另一组研究人员发现PIEZO1调节MKX基因，这是Asahara发现的一种基因，并且已经在研究它在肌腱发育中的重要性。麻原想知道PIEZO1基因变异可能会影响肌腱。
研究人员研究了具有PIEZO1基因变化的小鼠，这种变化导致了与人类相同的效果:PIEZO1离子通道每次被激活时关闭得更慢。一些小鼠体内所有细胞都发生了基因改变，一些只发生在肌肉细胞，还有一些只发生在肌腱细胞。在所有细胞或仅在肌腱中都有基因变化的小鼠，可以比其他小鼠跳得更远1.5倍。当研究人员测试老鼠能跑多远时，他们发现耐力没有差异，但观察到所有细胞或肌腱中都有PIEZO1突变的老鼠可以达到更高的最高速度。
“所有这些结果都表明，这种PIEZO1突变正在以一种真正有影响的方式增强肌腱组织体能论文的第一作者Ryo Nakamichi医学博士说，他是Asahara实验室的前成员，现在在日本冈山大学担任整形外科医生。
当研究小组对那些在胚胎发育期间具有正常的PIEZO1活性但在出生后发生PIEZO1突变的小鼠重复实验时，他们观察到相同的结果——这表明突变的影响不仅限于肌腱的初始发育。
为了了解PIEZO1变异是如何让老鼠跳得更高、跑得更快的，研究人员仔细观察了动物的肌肉和肌腱。总的来说，他们在肌腱细胞中发现了高水平的PIEZO1基因，而在肌肉细胞中发现了低水平的PIEZO1基因，这表明该基因对肌肉功能并不重要。他们表明，在肌腱中，离子通道负责让钙流入和流出细胞。钙流动的改变改变了许多其他基因的水平，包括mkx，这些基因与肌腱细胞的生成和结构有关。
当Nakamichi, Asahara及其同事测量小鼠的Achille's肌腱时，他们发现带有PIEZO1突变的小鼠的肌腱宽度约为1.2倍，构成每条肌腱的原纤维也更宽。进一步的分析表明，具有PIEZO1突变的小鼠的肌腱更柔韧(与僵硬相反)，可以比其他小鼠的肌腱储存大约三倍的能量，这解释了它们跳跃和冲刺的能力提高。动物的肌肉和神经没有差异。
跳转到人类
为了探究他们在小鼠身上的发现如何适用于人类，该小组与Athlome联盟的研究人员合作，后者收集了优秀运动员的遗传信息。在Athlome数据库中的91名牙买加短跑运动员中，46%的人有一个带有肌腱影响突变的PIEZO1副本，8%的人有两个副本。在没有参加过田径比赛的牙买加学生中，31%的人携带了一种突变基因，只有2%的人携带了两种。希腊运动员的数据也显示了类似的趋势，拥有两个突变副本的短跑运动员是对照组的3到5倍，拥有一个突变副本的短跑运动员是对照组的1.3到1.75倍。
“这些数据表明，我们在老鼠这可能适用于人类，但还需要做更多的工作来了解PIEZO1在人类肌腱中的全部作用，”Asahara说。
研究人员表示，在未来，靶向蛋白质可以帮助治疗肌腱损伤或对抗与年龄相关的运动衰退。
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