Otot (hijau) dan tendon (merah) di bawah ketegangan, sarkomer membentuk miofibril dan berkumpul seperti mutiara pada rantai (di sebelah kanan berwarna hijau). Kredit: MPI Biokimia/Manuela Weitkunat
Peneliti mengidentifikasi mekanisme kunci bagaimana arsitektur otot dasar dibangun, menemukan bahwa ketegangan mekanis adalah pemicu penting.
Otot rangka dibangun dari unit kontraktil kecil, sarkomer. Banyak dari sarkomer ini terhubung dalam rangkaian yang tertata dengan baik untuk membentuk miofibril yang terbentang dari satu ujung otot ke ujung lainnya. Kontraksi sarkomer ini mengakibatkan kontraksi seluruh otot. Ilmuwan di Max Planck Institute (MPI) of Biochemistry di Munich-Martinsried (Jerman) baru-baru ini mengidentifikasi mekanisme kunci bagaimana arsitektur otot dasar ini dibangun selama perkembangan. “Ketegangan mekanis adalah pemicu penting” jelas Frank Schnorrer, kepala kelompok riset Muscle Dynamics. “Jika ketegangan dihilangkan, tidak ada miofibril biasa, tetapi hanya rakitan protein acak pendek yang dapat terbentuk. Otot seperti itu sama sekali tidak berfungsi”. Hasil ini kini telah dipublikasikan di jurnal Current Biology.
Untuk menggerakkan tubuh, otot rangka menarik kerangka. Untuk gerakan otot dan kerangka yang efisien, penting bahwa otot hanya berkontraksi di sepanjang sumbu yang ditentukan, misalnya untuk gerakan kaki di sepanjang paha. Kontraksi terarah seperti itu dicapai oleh miofibril yang membentang di sepanjang otot. Di kedua ujungnya, myofibrils berlabuh ke sel tendon, yang dengan sendirinya terkait dengan kerangka. “Dengan demikian, seluruh gaya dialihkan dari otot ke kerangka,” jelas Frank Schnorrer. Bagaimana arsitektur reguler dari ratusan miofibril panjang sarkomer dapat dibangun di sepanjang sumbu yang ditentukan selama perkembangan otot?
Mahasiswa PhD Manuela Weitkunat dan PostDoc Aynur Kaya-Çopur sedang menyelidiki pertanyaan ini pada lalat buah Drosophila melanogaster. Mereka menemukan bahwa segera setelah otot terbang Drosophila menghubungi tendon mereka, ketegangan mekanis terjadi. Penumpukan ketegangan ini terjadi sebelum sarkomer terbentuk dan mencapai seluruh sistem kerangka otot-tendon. Sumbu ketegangan ini melengkapi otot dengan informasi posisi di mana sarkomer harus terbentuk.
Tidak adanya ketegangan menghasilkan kekacauan
Dengan menggunakan mutasi genetik pada lalat, para ilmuwan dari kelompok Muscle Dynamics telah mampu memblokir perlekatan otot terbang ke tendon dan dengan demikian menghilangkan pembentukan tegangan dalam sistem. Akibatnya, otot tidak dapat lagi membangun miofibril reguler yang panjang, melainkan mendistribusikan kompleks protein sarkomer secara kacau. Untuk menguji secara langsung pengaruh ketegangan mekanis, para ilmuwan menggunakan laser untuk memotong tendon dari otot. Strategi pelepasan ketegangan ini juga menyebabkan kerusakan besar pada pembentukan sarkomer dan miofibril. “Berdasarkan hasil ini, kami menyarankan model baru pembentukan myofibril, yang mengusulkan perakitan komponen sarkomer yang bergantung pada tegangan,” jelas Frank Schnorrer. “Ketika ambang ketegangan tertentu tercapai, pembentukan myofibril dipicu. Jika ketegangan dikompromikan, komponen sarkomer tidak memiliki informasi spasial dan berkumpul dengan kacau.
Karena otot manusia juga mengandung miofibril yang dibangun oleh sarkomer yang tersusun secara berkala, kemungkinan model perakitan berbasis tegangan yang serupa juga dapat diterapkan selama perkembangan otot manusia, demikian pemikiran para ilmuwan.
Publikasi : Manuela Weitkunat, et al., “Tension and Force-Resistant Attachment Are Essential for Myofibrillogenesis in Drosophila Flight Muscle,” Current Biology, 13 Maret 2014; DOI:10.1016/j.cub.2014.02.032
Gambar: MPI Biokimia/Manuela Weitkunat
