予期せぬ組織：新たに発見された筋線維構造

リエージュ大学2023年6月5日

パロフィディオン・バステイリの音筋内の格子状の構成を示す縦断面図。 クレジット: Marc Thiry/リエージュ大学

研究者らは、地中海に生息し、多くの魚と同様に特殊な筋肉を使って音を出す魚、パロフィディオン・バスターティの筋線維の新しい組織を予期せぬ発見をしたばかりだ。 これは、筋収縮に対する私たちの理解を大きく変える重要な発見です。

リエージュ大学の科学者エリック・パルマンティエとマルク・ティリーは、地中海の魚、パロフィディオン・バステイリの筋線維の独特な配置を発見し、筋収縮に関する私たちの理解に革命を起こす可能性がある。 筋線維内の筋原線維のこの独特なネットワーク状の構成により、強度を維持しながら急速な収縮が可能になる可能性があります。 この新しい筋線維構造とその機能的意味を完全に理解するには、さらなる研究が必要です。

骨格筋の記述の歴史は、細胞生物学と微生物学の先駆者であるオランダの生物学者アントニ・ファン・レーウェンフックによる観察に起源を持ちます。アントニ・ファン・レーウェンフックは、1712年に王立協会の哲学論文集に掲載された論文で次のように報告しています。携帯用一眼顕微鏡の使用により、クジラの筋繊維が初めて説明されました。 1840年、解剖学者ウィリアム・ボーマンは筋肉についてより正確な説明を提供し、「交互に現れる明暗の線の存在と配置[…]これらは絶妙な繊細さと仕上げを備えている」と述べた。 (この記事の下部にある筋繊維についてを参照してください。)

その後の研究により、筋肉を構成するさまざまな分子の同定や筋肉がどのように機能するかの説明、特に 1957 年に生物物理学者のアンドリュー・ハクスリーによって提案された筋肉の収縮モデルなど、ますます明確な説明が得られました。 、多くの研究により、筋線維組織の表現がさまざまな分類群に拡張されています。 これは、横紋筋線維の一般的な組織が、これまでに研究された脊椎動物のすべてのグループにおいて完全に保存されたままであることを示しています。

図 1. パロフィディオン属の平行筋原線維を持つ「古典的な」骨格筋と格子状筋原線維を持つ音速筋の組織の比較。 クレジット: E.Parmentier/M.Thiry/Université de Liège

However, the proportion of each of these cellular components can vary from one fiber to another, giving these fibers particular contraction properties. For example, a fiber rich in myofibrils with a poorly developed sarcoplasmic reticulum is found in muscles that develop force during contraction. Conversely, fibers low in myofibrils with an abundance of sarcoplasmic reticulum and numerous mitochondria are present in muscles that develop an increased speed of contraction. The fastest muscles are found in the sonic muscles of fish, where certain speciesA species is a group of living organisms that share a set of common characteristics and are able to breed and produce fertile offspring. The concept of a species is important in biology as it is used to classify and organize the diversity of life. There are different ways to define a species, but the most widely accepted one is the biological species concept, which defines a species as a group of organisms that can interbreed and produce viable offspring in nature. This definition is widely used in evolutionary biology and ecology to identify and classify living organisms." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">種は、100 ～ 300 Hz の周波数、つまり 1 秒あたり 100 ～ 300 回の収縮/弛緩サイクルで収縮する筋肉を使って音を出します。

機能進化形態学研究室と細胞組織生物学研究室が共同で実施した最近の研究により、魚類パロフィディオン・バベイテイの音響筋の繊維内における筋原線維の新たな配置が明らかになった。 筋原線維は平行に配置されているのではなく、筋線維内に巨大なネットワークを形成していると、リエージュ大学の機能進化形態学研究室の所長であるエリック・パルマンティエ教授は説明する。

各筋原線維は各サルコメアで 2 つの枝に細分され、1 つは上の筋原線維に接続され、もう 1 つは下の筋原線維に接続されます (図 1B)。 この新しい筋線維の設計により、強度を維持しながら急速に収縮する筋肉が得られる可能性があります。 筋原線維が少なく、筋小胞体が占める体積が大きいため、急速に収縮する線維が有利になります。

「筋原線維のネットワーク構造により、より多くのミオシン頭部がアクチン筋フィラメントと架橋を形成できるようになるため、この速筋の強度が増加します」と細胞組織生物学研究室所長のマーク・ティリー教授は説明する。 「さらに、Z線条内に異常に配置された多数のミトコンドリア（これらの繊維では非常に長い：従来の筋肉の70〜150nmと比較して700nm）が、長く持続する音を生成するために必要なエネルギーを提供しているようです。」

これまで科学文献に記載されたことのないこの新しいタイプの横紋筋線維の組織は、筋力とスピードの組み合わせを可能にするが、それがどのように機能するかを理解し、レベルでの適応があるかどうかを判断するにはさらなる研究が必要である。これらの筋肉に関与するさまざまな分子。

古典的な骨格筋の縦断面図。 クレジット: Marc Thiry/リエージュ大学

横紋骨格筋線維または細胞は、動物の随意筋 (移動や姿勢維持などの動きを可能にする筋肉) の基本単位を表します。 「各線維は、筋原線維と呼ばれる、筋線維の長軸に平行な束に組織化された、多数の収縮要素、アクチン、ミオシン筋フィラメントによって特徴付けられます。

光学顕微鏡による縦断面では、これらの線維は各筋原線維の同じレベルに位置する一連の明暗の帯として見え、筋線維に横縞の外観を与えます。 暗い線は、Z 縞として知られる、中央の明るいバンドを分割します。 2つのZ線条間の筋原線維の部分はサルコメアと呼ばれ、筋原線維の収縮単位を表します。 したがって、各筋原線維は、端から端まで配置された多くのサルコメアで構成されています。

筋原線維は大きな細胞体積を占め、筋収縮に不可欠なカルシウムを蓄える平滑小胞体（または筋小胞体）の槽に囲まれています。 さらに、ミトコンドリアは筋原線維の近くに位置しています。 それらは筋肉収縮のためのエネルギーを提供する ATP の主な供給源です。