Белковые "липучки" обеспечивают прочность тканей организма

Новое исследование Университета Колорадо в Боулдере раскрывает механизм, благодаря которому ткани организма обретают свою прочность. Учёные выяснили, как специализированные белки кадгерины объединяются, чтобы заставить клетки прочно сцепляться и оставаться вместе.

Результаты, опубликованные в Proceedings of the National Academy of Sciences, могут привести к созданию более жизнеподобных искусственных тканей и препаратов для борьбы с опухолями.

Кадгерины играют ключевую роль в организме, обеспечивая связывание и адгезию клеток в нервной, сердечной, плацентарной и кожной тканях, помогая им сохранять функцию и форму.

Эти крупные стержневидные белки в клеточной мембране опосредуют передачу информации между внутренней и внешней средой клетки. Их выступающие части могут связываться как с другими кадгеринами той же клетки, так и с белками соседних клеток.

Учёных долгое время ставил в тупик тот факт, что индивидуальные связи между этими белками слабы. Новое исследование помогло заполнить этот пробел в понимании.

Принцип "липучки"

Исследование показало, что, подобно застёжке-липучке (Velcro), чем больше элементов сцепляется, тем прочнее связь и тем дольше она длится. Это усиление прочности происходит не только между белками одной клетки, но и между белками разных клеток — создавая связи в 30 раз прочнее, чем сумма их индивидуальных сил. Как только связывание начинается, эти связи становятся прогрессивно сильнее.

Новые методы микроскопии

В отличие от "спайк-белков" вируса COVID-19, кадгерины перемещаются в жидкой мембране, могут перестраиваться и объединяться для связи с другими белками, формируя кластеры и решётки.

В этой работе исследователи впервые обнаружили, как кадгерины так прочно связываются между разными клеточными мембранами. Для этого потребовалось разработать совершенно новые методы.

Эксперименты проводились с использованием микроскопии одиночных молекул и метода Фёрстеровского резонансного переноса энергии (FRET) в центре BioFrontiers Advanced Light Microscopy Core. Были разработаны новые методы для контроля и изучения взаимодействий белков кадгерина, а для анализа больших данных использовались новые алгоритмы машинного обучения.

Эта технология позволила одновременно видеть движение молекул и момент их связывания (который сопровождается изменением цвета). Анализ больших данных дал возможность изучить десятки тысяч взаимодействий между молекулами.

На молекулярном уровне всё постоянно сталкивается со всем, включая связи, образованные кадгеринами. Однако, как отмечает ведущий автор Коннор Томпсон: "Когда взаимодействия очень сильны, они остаются связанными дольше".