A capacidade de se mover é uma parte essencial da vida diária. O sistema locomotor, ou músculo-esquelético, do corpo consiste em músculos, ossos, tendões, ligamentos, articulações, cartilagem e outros tecidos conjuntivos. A perda da função motora devido a doença ou lesão pode resultar em incapacidade para o resto da vida. Em uma sociedade que envelhece rapidamente, manter e melhorar a função motora pode ser um desafio significativo para muitas pessoas.
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Mas existem maneiras de contornar a falha do motor. Como biólogos moleculares e cirurgiões ortopédicos que estudam o sistema locomotor, acreditamos que uma parte fundamental dele foi subestimada – os tendões.
O que são tendões?
Os tendões são tecidos resistentes que conectam o músculo ao osso. Os tendões são o que permitem que os cangurus saltem mais de 25 pés (7,62 metros) de altura e corram até 40 milhas por hora (64 quilômetros por hora). Enquanto os músculos das pernas são pequenas, os tendões longos e altamente desenvolvidos dos cangurus agem como molas poderosas. As pessoas também pode pular mais alto se agacharem primeiro porque seus tendões armazenam energia elástica que ajuda a impulsioná-los para cima.
Em nossa pesquisa, descobrimos que a presença de uma proteína específica nos tendões desempenha um papel fundamental na forma como os tendões cicatrizam – e uma mutação genética nessa proteína também pode melhorar o desempenho atlético.
Identificando Proteínas de Tendão
Danos no tendão podem ser difíceis de curar. Aproximadamente 60 por cento das lesões do tendão levam à osteoartrite, uma doença resultante da quebra da cartilagem nas articulações que pode dificultar ainda mais o movimento.
O desenvolvimento de tratamentos para lesões de tendão também tem sido um desafio. Uma das razões é que as proteínas que controlam os genes que instruem o corpo a criar tendões, chamadas de fatores de transcrição, eram desconhecidas.
Para identificar essas proteínas, criamos um catálogo dos 1.600 fatores de transcrição do corpo humano. Com base nesse catálogo, examinamos quais genes estavam ativos no tendão de Aquiles de camundongos geneticamente modificados e descobrimos que uma proteína chamada Mkx era um fator de transcrição central para a saúde dos tendões.
Os pesquisadores há muito consideram os tendões como tecidos inertes, incapazes de se contrair como os músculos. Mas descobrimos com nosso colega Ardem Patapoutian, ganhador do Prêmio Nobel, que uma proteína específica na superfície das células do tendão, a Piezo1, pode detectar quando o tendão está praticando exercícios moderados e estimular o fator de transcrição Mkx.
Piezo1 e desempenho atlético
Em seguida, nos perguntamos sobre o papel que Piezo1 desempenha no desempenho atlético. Estávamos particularmente interessados em uma variante do Piezo1 chamada E756del, que é encontrada em cerca de um terço das pessoas de ascendência africana e acredita-se que desempenhe um papel potencial na altura em que as pessoas podem pular.
Então, projetamos camundongos geneticamente modificados para produzir uma versão camundongo equivalente das proteínas Piezo1 E756del em todo o corpo e, em seguida, testamos seu desempenho em diferentes atividades físicas, incluindo salto em distância e corrida em esteira. Surpreendentemente, descobrimos que ratos com proteínas E756del foram capazes de pular cerca de 1,6 vezes mais longe sem treinamento do que ratos sem as proteínas E756del. Os ratos com Piezo1 em seus tendões também foram capazes de correr cerca de 1,2 vezes mais rápido do que aqueles sem Piezo1.
Para identificar qual parte do corpo estava produzido essa capacidade de salto, criamos ratos que produziam proteínas Piezo1 em seus músculos ou tendões. Os resultados foram ainda mais surpreendentes: ratos com Piezo1 em seus tendões melhoraram sua capacidade de salto tão bem quanto ratos com Piezo1 em todo o corpo. Camundongos com Piezo1 apenas em seus músculos, no entanto, não tiveram nenhuma melhora na capacidade de saltar.
Decidimos então testar o papel do Piezo1 no desempenho atlético humano. Em colaboração com o Athlome Consortium, uma organização internacional de genômica atlética, comparamos a prevalência do gene que codifica o E756del em 91 velocistas jamaicanos de nível olímpico de 108 pessoas na população geral da Jamaica. Descobrimos que 54% dos velocistas jamaicanos tinham um gene ativo para E756del, em comparação com apenas aproximadamente 30% da população em geral.
Nossas descobertas mostram que a alteração de uma única proteína, neste caso a E756del, pode desempenhar um papel importante no desempenho atlético. Mais pesquisas sobre tendões e outras partes dos sistemas motores humanos podem ajudar a melhorar os tratamentos para condições musculoesqueléticas.
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