心脏是由数十亿个细胞组成的。每个细胞包含数千个更小的结构，称为肌节。这些是肌肉的组成部分。在每个块中，有数百条肌凝蛋白丝。从微观的角度来看，如果心脏是一块大陆，坎贝尔和他的同事们正在研究单根头发。

英国医学院心血管医学部的转化研究主任Kenneth S. Campbell博士团队在本月初的《Nature》杂志上发表了一项名为“人类心肌肌球蛋白细丝的低温电镜结构”的研究。在分子水平上帮助绘制了心脏的一个重要部分。

这篇文章主要讲述了心脏收缩的分子机制以及其中涉及的关键蛋白质的结构和功能。心脏的收缩是由肌球蛋白（myosin）丝拉动肌动蛋白（actin）丝产生的。除了肌球蛋白，这些丝还含有心脏肌球蛋白结合蛋白C（cMyBP-C），它可以调节对生理刺激的收缩性，以及作为丝组装支架的titin蛋白。这三种蛋白质都可能发生突变，从而导致心力衰竭。

尽管心脏肌球蛋白丝对生命至关重要，但60年来其分子结构一直是个谜。这篇文章中，作者使用冷冻电子显微镜解析了含有人类心脏丝主要区域（含cMyBP-C）的结构。重建结果显示了titin和cMyBP-C的结构，并展示了肌球蛋白的马达结构域（头部）如何形成三种不同的基序（提供功能灵活性），这些基序相互作用并与titin和cMyBP-C相互作用，决定了丝的结构和功能。肌球蛋白尾部在丝主干中的排列也得到了解析。

这个结构揭示了cMyBP-C如何帮助产生心脏的超级松弛状态；titin和cMyBP-C如何共同促成长度依赖的激活；以及肌球蛋白和cMyBP-C中的突变如何扰乱相互作用，导致疾病。这个重建结果解决了过去的不确定性，整合了以前关于心脏肌肉结构和功能的数据。为解释结构、生理和临床观察提供了新的范式，并为潜在治疗药物的设计提供了新的思路。

每根肌丝大约有2000个分子，排列在一个非常复杂的结构中，科学家们几十年来一直试图理解这一点。人们认为肌凝蛋白可以排成六组，称为冠状蛋白，但除此之外就不多了。

论文中最有趣的发现是有三种不同类型的冠。

该小组与马萨诸塞大学陈医学院的研究人员合作，制作了心脏粗纤维的单粒子3D重建。这些图片为解释结构、生理和临床观察提供了一个新的框架。

这项研究对于治疗心脏病的新药非常重要。

Cryo-EM structure of the human cardiac myosin filament. Nature, 2023