筋肉の収縮を支える重要な接合部を解明(Unraveling a Key Junction Underlying Muscle Contraction)

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2024-07-31 カリフォルニア大学サンディエゴ校(UCSD)

カリフォルニア大学サンディエゴ校の研究者たちは、新しい可視化技術を用いて、神経系と筋肉の接続が異なる発達をする理由を明らかにしました。この研究は筋収縮に関する分子レベルの詳細を理解することを目指し、筋肉のアセチルコリン受容体の3D構造を初めて視覚化しました。研究者たちは牛の胎児組織を用い、蛇毒の神経毒を利用して受容体を分離し、クライオ電子顕微鏡で観察しました。その結果、胎児と成人の両方の受容体構造を同じサンプルから見ることができ、動物が生まれる前に成熟した神経筋接合部を形成する仕組みを説明できました。この発見は、筋肉の病気の理解と治療に役立つと期待されています。

<関連情報>

発達中の筋肉におけるアセチルコリン受容体の構造スイッチ Structural switch in acetylcholine receptors in developing muscle

Huanhuan Li,Jinfeng Teng & Ryan E. Hibbs
Nature  Published:31 July 2024
DOI:https://doi.org/10.1038/s41586-024-07774-6

筋肉の収縮を支える重要な接合部を解明(Unraveling a Key Junction Underlying Muscle Contraction)

Abstract

During development, motor neurons originating in the brainstem and spinal cord form elaborate synapses with skeletal muscle fibres1. These neurons release acetylcholine (ACh), which binds to nicotinic ACh receptors (AChRs) on the muscle, initiating contraction. Two types of AChR are present in developing muscle cells, and their differential expression serves as a hallmark of neuromuscular synapse maturation2,3,4. The structural principles underlying the switch from fetal to adult muscle receptors are unknown. Here, we present high-resolution structures of both fetal and adult muscle nicotinic AChRs, isolated from bovine skeletal muscle in developmental transition. These structures, obtained in the absence and presence of ACh, provide a structural context for understanding how fetal versus adult receptor isoforms are tuned for synapse development versus the all-or-none signalling required for high-fidelity skeletal muscle contraction. We find that ACh affinity differences are driven by binding site access, channel conductance is tuned by widespread surface electrostatics and open duration changes result from intrasubunit interactions and structural flexibility. The structures further reveal pathogenic mechanisms underlying congenital myasthenic syndromes.

医療・健康
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