サルコメア間の確率的綱引きが心筋細胞の環境の硬さに対する反応を媒介する

心臓の筋肉機能は心筋細胞におけるサルコメアの協調的な収縮から生じる。サルコメアの動態は通常、全細胞または筋原線維の観察から推測され、一様で同期した挙動が前提とされる。ここでは、細胞環境の異なる機械的特性がサルコメアおよび細胞レベルでの収縮にどのように影響するかを調査した。蛍光ラベルされたZ-バンドを持つヒト誘導多能性幹細胞由来の心筋細胞を、パターン化された弾性基板（5 - 85 kPa）の上で個別に培養した。サルコメアの動態は、我々が開発した機械学習アルゴリズムSarcAsMを用いて正確に追跡・分析された。硬い基板は全体的な心筋細胞の収縮を抑制したが、驚くべきことに、個々のサルコメアの動態は低下しなかった。代わりに、サルコメアは増加するヘテロジェニティと共に綱引きで競い合い、迅速な長さの振動や伸びすぎ（はじける）といった豊かな動的現象を示した。統計分析は、このヘテロジェニアスな動態が静的な構造の違いによって引き起こされたものではなく、大部分は確率的であることを示した。この確率的ヘテロジェニティは、心臓サルコメアの動態の内在的特性であり、環境からの機械的制約に対する新たに現れた心筋細胞の収縮力の適応にとって重要である可能性が高い。