Efeitos da sarcosina e do óxido de trimetilamina na transmissao neuromuscular e no processo de acoplamento excitaçao-contraçao de músculo estriado esquelético de mamífero

Abstract

O presente estudo avaliou o efeito de soluções hipertônicas ajustadas com os osmólitos de ocorrência natural "sarcosina" e "óxido de trimetilamina" nos processos de transmissão neuromuscular e acoplamento excitação contração (AEC) de músculo estriado esquelético de mamíferos. Estes osmólitos, encontrados especialmente em animais marinhos, sujeitos a grandes variações de salinidade, desempenha diversos papéis importantes, como o de proteger proteínas de condições desestabilizantes (altas temperaturas, baixos níveis de pH, altas concentrações de uréia e alta força iônica). Os papéis da sarcosina, entretanto, em funções celulares como a de acoplamento excitaçãocontração, e sua compatibilidade com mamíferos, não haviam sido sistematicamente investigados. Estudos preliminares em nosso laboratório demonstraram que este e outros osmólitos de ocorrência natural (como o óxido de trimetilamina – TMAO, e betaína) alteram a contratura potássica e aquela induzida por cafeína, afetando, portanto, importantes etapas do AEC. Neste estudo observou-se que a sarcosina parece ser compatível com a espécie estudada, mantendo e em alguns casos até mesmo potencializando a força de contração do músculo diafragma, mas apenas quando empregada em baixas concentrações (até 100 mM). Quando empregada em altas concentrações (maiores que 100 mM), é capaz de extinguir reversivelmente a contração do músculo. Este efeito parece ser decorrente da tonicidade do meio, uma vez que não exibe diferenças quando comparada com a sacarose, comparada com idêntica concentração osmolar. O TMAO, diferentemente da sarcosina, pode ser capaz de potencializar grandemente a contração induzida por estímulo elétrico indireto, mesmo em concentrações mais elevadas (300 mM). Acredita-se que o efeito dos osmólitos seja sobre a estabilidade de estruturas e funções protéicas envolvidas no AEC, em diferentes proporções, dependendo do osmólito. Com esta investigação sugere-se que o TMAO seja mais eficaz que a sarcosina na manutenção de estados conformacionais protéicos que favoreçam o AEC, promovendo a contração muscular

This study has evaluated the effects of hypertonic solutions, adjusted with "sarcosine" and "trimethylamine N-oxide", organic osmolytes of natural occurrence, on mammalian skeletal muscle process of excitation-contraction coupling (ECC). These osmolytes, especially found in marine animals, which are submitted to great variations of salinity, play many important roles, protecting proteins against denaturating conditions (high temperature, low pH level, high urea concentrations and high ionic force). However, the role of sarcosine in cell functions such as excitation-contraction coupling, and its compatibility with mammals, had not yet been investigated. Preliminary studies performed in our laboratory had demonstrated that this and other natural osmolytes (such as trimetilamine oxide - TMAO, and betaine) can modify the potassic contrature and that one induced by caffeine, affecting therefore, important steps of the ECC. In this study, we observed that sarcosine seems to be compatible with rat, mantaining and even sometimes increasing the contraction force of the diaphragm muscle. The effect was only observed when low concentrations (less then 100 mM) were used. When high concentrations (higher then 100 mM) were used, it reversibly extinguished muscle contraction. This effect seems to be caused by the hypertonicity, once there is no difference between the results obtained here and those observed with sucrose. TMAO, differently from sarcosine, is able to greatly potentiate the contraction indirectly induced by electrical stimulation, even in higher concentrations (300 mM). It is believed that the osmolytes effects are based on the structural and functional stability of the ECC involved proteins. These effects depend of which osmolyte is in use. With this work we suggest that TMAO is more efficient than sarcosine in supporting favourable conformational protein folding that favors the ECC, promoting muscle contraction.