日本大阪-大阪大学的研究人员使用电子冷冻显微镜(CryoEM)对心脏的基本肌肉成分(称为细细丝)进行成像，具有前所未有的分辨率。他们还发现了这些细丝在存在或不存在钙离子的情况下通过改变其构象而通过心肌收缩来调节心跳的机制。这项工作可能在开发用于治疗由影响这些结构和功能的突变引起的心脏病的新药中得到应用。

人的心脏是非凡的器官，能够终生不停地抽血。但是，其内部运作的许多细节仍然未知，部分原因是其肌肉蛋白质的天然形式的精确结构难以成像。由于它们的相互作用复杂且体积小，“细丝”(由肌动蛋白，肌钙蛋白和原肌球蛋白组成的微小丝状结构)尤其如此。早就知道，心肌收缩是通过肌肉细胞内钙离子浓度的反复增加和减少来控制的，而收缩的控制是通过细丝与这些细丝结合时结构的改变来实现的。但是，确切的机制尚不清楚。

现在，通过使用CryoEM(一种获得2017年诺贝尔化学奖的技术)，大阪大学的研究人员揭示了迄今为止这些蛋白的最高分辨率结构图像。常规电子显微镜通常会损坏易碎的生物样品，这意味着无法确定其在体内的天然形状。相比之下，通过cryoEM技术，样品会被快速冷冻，这样就可以在蛋白质保持其天然构象的同时对其成像。

第一作者山田由里香(Yurika Yamada)说：“要揭示细丝的整个结构非常困难，但我们成功地使用了cryoEM和先进的图像分析方法来解决了细丝的结构。”大阪团队展示了在缺乏钙离子的情况下如何阻止肌球蛋白进入肌动蛋白区域，从而使肌球蛋白的头部无法依附于它们进行肌肉收缩。然而，钙离子的结合改变了细丝的构象，暴露了收缩的附着位点。

“由于已知细丝成分蛋白的许多突变会导致心脏病，包括心脏肥大和心肌病，因此揭示的结构可以为新药设计提供分子和结构基础，”资深作者高井隆史(Takashi Fujii)和圭一敬(Keiichi Namba)解释说。

这项研究还强调了cryoEM的力量，它可以揭示以前看不见的解剖学细节，并有可能实现尚未想象的医学突破。