Как эластичный белок чувствует силы в клетках

Исследователи из Калифорнийского университета в Дэвисе изучают, как структуры, называемые десмосомами, которые скрепляют клетки, функционируют и реагируют на механический стресс.

Новая работа из лаборатории профессора Сандживи Сивасанкара, опубликованная 10 октября в Nature Communications, показывает, как белок десмосомы может реагировать на механическое напряжение и потенциально передавать сигналы внутри клетки.

Десмосомы — это структуры на поверхности клетки, которые скрепляют клетки вместе. Они особенно распространены в тканях, подверженных значительному механическому стрессу, таких как кожа и сердечная мышца. Снаружи клетки десмосомы включают белки кадгерины, которые прикрепляются к партнерам на соседних клетках. Внутри они содержат белки, связанные с сетью кератиновых волокон — промежуточных филаментов, которые придают клеткам форму и обеспечивают структурную стабильность тканей. Это отличается от сети актина/миозина, которая перемещает вещества внутри клеток.

Поскольку десмосомы присутствуют в подверженных стрессу тканях, они должны быть способны ощущать и реагировать на механические силы. Но как это происходит, было неизвестно.

Аспирантка Иньчэнь (Белль) Дон с коллегами из Калифорнийского университета в Дэвисе, Католического университета Америки и Медицинской школы Университета Питтсбурга провела серию исследований, визуализируя десмосомы и измеряя механические силы внутри клетки.

Работая с линиями человеческих клеток и клетками сердца мыши, они обнаружили, что промежуточные филаменты передают силы от сети актина/миозина к одному из белков десмосом — десмоплакину. Когда это происходит, часть десмоплакина раскрывается в растянутую конфигурацию, подобно растягиванию пружины. Эта открытая конфигурация обнажает участок на десмоплакине, который может запускать сигналы в другие части клетки.

«Мы показываем, что механические силы заставляют десмоплакин раскрываться и обнажать сайт, который позволяет связываться другим белкам», — сказал Сивасанкар.

Десмоплакин связан с некоторыми кожными и сердечными заболеваниями, включая редкое заболевание сердца — аритмогенную кардиомиопатию правого желудочка (АКПЖ), которая может вызывать внезапную остановку сердца, особенно у молодых спортсменов без предшествующих симптомов. Генетические мутации, связанные с АКПЖ, группируются в «растяжимой» области десмоплакина. Команда планирует изучить, как такие мутации могут влиять на десмоплакин.