巴塞罗那基因组调控中心(CRG)的研究人员发现了一种涉及核糖体的机制，它可以帮助心脏在日常功能的“常规维护模式”和有助于高强度恢复的“能量提升模式”之间切换-需求情况，包括心脏病发作。研究结果发表在NucleicAcidsResearch上。

核糖体是在所有活细胞中制造蛋白质的分子工厂。从历史上看，它们被认为是缺乏调节细胞功能的能力的简单但重要的主力军。然而，越来越多的证据表明，这些具有不同形状和形式的基本单元执行专门的任务，这些任务尚待发现。

研究人员使用不同的实验技术和最新一代测序技术，发现心肌细胞(负责心脏收缩的细胞)和与骨骼相连并对力量和运动至关重要的骨骼肌细胞具有不同类型的核糖体体内所有其他类型的细胞。

包含RPL3(红色)或RPL3L(蓝色)的核糖体的三维镜头。除了尾部，核糖体几乎完全相同，尾部会影响其表面以及它如何与其他蛋白质和受体相互作用。图片来源：EvaNovoa/基因组调控中心

“很长一段时间，我们认为核糖体在人体的每个细胞中都是相同的。这使得它们成为不切实际的药物靶点，因为你可以在治愈身体的一个部位的同时损害许多其他部位。特化核糖体的存在及其对治疗的特异性心脏和肌肉细胞是一个转折点，因为它意味着可以开发针对特定核糖体的药物来治疗心血管疾病，”该研究的通讯作者和基因组调控中心的研究员EvaNovoa博士解释说。

核糖体由蛋白质构成。虽然大多数人类细胞中的核糖体含有核糖体蛋白L3(RPL3)，但心肌细胞和骨骼肌细胞中的核糖体含有核糖体蛋白L3样(RPL3L)。蛋白质之间的关键区别在于它们的尾巴，它们共有77%的氨基酸序列。

该研究表明，细胞将专门使用一种蛋白质或另一种蛋白质。无论最终使用哪种蛋白质，相应的尾巴都会伸出核糖体表面，改变其形状和表面，进而影响它与其他蛋白质和受体的结合方式。

研究人员发现，与其他核糖体相比，心肌细胞和骨骼肌核糖体在蛋白质合成方面没有表现出任何优势。然而，研究人员惊讶地发现，在小鼠中敲除RPL3L基因后，心肌细胞和骨骼肌细胞都生成了带有RPL3的核糖体。与之形成鲜明对比的是，敲除RPL3是致命的。

研究人员发现，这种新发现的补偿机制也自然发生在对心脏病发作或心肌梗塞的反应中，心肌细胞用含有RPL3的核糖体取代了所有现有的含有RPL3L的核糖体。

新核糖体的不同形状使它们能够与线粒体(细胞的电池)进行物理接触，并显着促进ATP的产生，ATP是一种通用的能量货币。在梗死后6小时内检测到这种效应，并在72小时后达到峰值。

这种核糖体替代机制也发生在心脏肥大期间，这是心脏对工作量增加的一种反应，这种工作量可以是生理性的，例如运动后，也可以是病理性的，由于疾病。心肌细胞中含有RPL3的核糖体在96小时后达到峰值，以响应心脏肥大。

该研究提供了一些线索，说明为什么心脏和肌肉首先将RPL3L用于核糖体。研究人员发现，RPL3L仅存在于成年心肌细胞的核糖体中，而胎儿组织则专门使用RPL3。同时，与携带RPL3L的小鼠相比，缺乏RPL3L的小鼠在55周大时的瘦肌肉质量较低。

“当我们出生时，我们的心脏需要大量能量才能生长。此时，心肌细胞只表达RPL3，只有在心脏完全成熟后才会转换为RPL3L。我们不知道确切原因，但细胞可能正在制造切换以微调静息条件下的线粒体活动，并可能降低自由基的水平，自由基是线粒体代谢的危险副产物。这可以解释心脏如何微妙地平衡两种不同的模式——一种是核糖体提高能量水平，另一种是心脏保持在维护模式，”该研究的第一作者和博士解释道。候选人伊万·米伦科维奇。

这一机制的发现可用于改善心脏健康和功能，并将核糖体确立为预防或治愈心脏损伤的治疗策略的新领域。研究人员现在正在进一步详细研究分子机制，以区分病理性和生理性心脏肥大，包括用小鼠进行运动实验，以评估心肌细胞中RPL3L的存在与否如何影响身体机能。