Organización Inesperada: Estructura de Fibra Muscular Recién Descubierta

Sección longitudinal que ilustra la configuración en forma de enrejado del músculo sónico en Parophidion vassali. Crédito: Marc Thiry/Universidad de Lieja

Los investigadores acaban de hacer el descubrimiento inesperado de una nueva organización de las fibras musculares en Parophidion vassali, un pez que vive en el Mediterráneo y que, como muchos peces, utiliza músculos especializados para producir sonidos. Este es un descubrimiento importante que bien podría cambiar nuestra comprensión de la contracción muscular.

Los científicos de la Universidad de Lieja, Eric Parmentier y Marc Thiry, han descubierto una disposición única de las fibras musculares en el pez del Mediterráneo, Parophidion vassali, lo que podría revolucionar nuestra comprensión de la contracción muscular. Esta configuración única tipo red de miofibrillas dentro de la fibra muscular podría permitir contracciones rápidas conservando la fuerza. Se necesitan más investigaciones para comprender completamente esta estructura de fibra muscular novedosa y sus implicaciones funcionales.

La historia de la descripción de los músculos esqueléticos tiene sus orígenes en las observaciones realizadas por el biólogo holandés Antoni van Leeuwenhoek, precursor de la biología celular y microbiología, quien en un artículo publicado en 1712 en las Philosophical Transactions de la Royal Society, informó, gracias al uso de un microscopio portátil de una lente, la primera descripción de las fibras musculares de la ballena. En 1840, el anatomista William Bowman proporcionó una descripción más precisa del músculo, notando: "la existencia y disposición de líneas alternadamente claras y oscuras [...] que son de exquisita delicadeza y acabado." (Ver Acerca de las Fibras Musculares al final de este artículo).

Estudios posteriores han llevado a descripciones cada vez más claras, incluida la identificación de las diferentes moléculas que conforman el músculo y una explicación de cómo funciona, en particular el modelo de contracción muscular propuesto por el biofísico Andrew Huxley en 1957. Durante los últimos 300 años, numerosos estudios han extendido la representación de la organización de las fibras musculares a diferentes taxones. Esto ha demostrado que la organización general de las fibras musculares estriadas se ha mantenido perfectamente conservada en todos los grupos de animales vertebrados estudiados hasta la fecha.

Figura 1. Comparación de la organización del músculo esquelético "clásico" con miofibrillas paralelas y el músculo sónico con miofibrillas enrejadas en Parophidion vassali. Crédito: E.Parmentier/M.Thiry/Universidad de Lieja

Sin embargo, la proporción de cada uno de estos componentes celulares puede variar de una fibra a otra, lo que confiere a estas fibras propiedades de contracción particulares. Por ejemplo, se encuentra una fibra rica en miofibrillas con un retículo sarcoplásmico poco desarrollado en músculos que desarrollan fuerza durante la contracción. Por el contrario, las fibras con pocas miofibrillas con una abundancia de retículo sarcoplásmico y numerosas mitocondrias están presentes en músculos que desarrollan una velocidad de contracción aumentada. Los músculos más rápidos se encuentran en los músculos sónicos de los peces, donde ciertas especies producen sonidos utilizando músculos que se contraen a una frecuencia de entre 100 y 300 Hz, es decir, 100 a 300 ciclos de contracción/relajación por segundo.

Un estudio reciente realizado en colaboración entre el Laboratorio de Morfología Funcional y Evolutiva, y el Laboratorio de Biología Celular y de Tejidos ha revelado una nueva disposición de miofibrillas dentro de las fibras de un músculo sónico en el pez Parophidion vassali. En lugar de estar dispuestas en paralelo, las miofibrillas forman una enorme red dentro de la fibra muscular, explica el Profesor Eric Parmentier, director del Laboratorio de Morfología Funcional y Evolutiva de la Universidad de Lieja.

Cada miofibrilla se divide en dos ramas en cada sarcomera, una que conecta con la miofibrilla de arriba y la otra que conecta con la miofibrilla de abajo (Figura 1B). Este nuevo diseño de fibra muscular podría resultar en un músculo que se contrae rápidamente conservando la fuerza. La escasez de miofibrillas y el alto volumen ocupado por el retículo sarcoplásmico son favorables para fibras que se contraen rápidamente.

"La estructura de red de las miofibrillas permitiría que más cabezas de miosina formaran puentes cruzados con las miofilamentos de actina, lo que aumentaría la fuerza en este músculo rápido", explica el Profesor Marc Thiry, Director del Laboratorio de Biología Celular y de Tejidos. "Además, numerosas mitocondrias inusualmente dispuestas dentro de las estrías Z (muy largas en estas fibras: 700 nm en comparación con 70 a 150 nm en un músculo convencional) parecen proporcionar la energía necesaria para producir sonidos duraderos."

Este nuevo tipo de organización de las fibras musculares estriadas, que nunca antes se había descrito en la literatura científica, y que por lo tanto haría posible combinar la fuerza y la velocidad muscular, requiere más estudios para comprender cómo funciona y para determinar si hay adaptaciones a nivel de las diferentes moléculas involucradas en estos músculos.

Longitudinal section in a classic skeletal muscle. Credit: Marc Thiry/University of Liège

Striated skeletal muscle fibers or cells represent the elementary units of voluntary muscles (muscles that enable movements such as locomotion or posture maintenance) in animals. “Each fiber is characterized by numerous contractile elements, actin, and myosin myofilaments, organized in bundles parallel to the muscle fiber’s long axis, called myofibrils.

In the longitudinal section under the optical microscope, these fibers appear as a succession of light and dark bands located at the same level for each myofibril, giving the appearance of transverse striation to the muscle fiber. A darker line divides the light band in the middle, known as the Z striation. The portion of the myofibril between two Z striae is called a sarcomere and represents the contractile unit of the myofibril. Each myofibril is therefore made up of many sarcomeres placed end to end.

The myofibrils occupy a large cell volume and are surrounded by cisternae of the smooth endoplasmic reticulum (or sarcoplasmic reticulum), which stores the calcium essential for muscle contraction. In addition, mitochondria are located close to the myofibrils; they are the main source of ATP providing energy for muscle contraction.