Направление силы, действующей на клетку, изменяет экспрессию генов
Исследователи из Университета Иллинойса в Урбане-Шампейне и их коллеги из Китая обнаружили, что тип и направление механической силы, действующей на клетку, изменяют экспрессию генов, растягивая разные участки ДНК.
Ключевое открытие
- Учёные разработали метод трёхмерной магнитной крутильной цитометрии, позволяющий перемещать магнитную бусину в любом направлении и изучать воздействие сил на клетку в 3D.
- При одинаковой величине силы, направление её приложения критически влияет на уровень активации генов.
- Наибольшее увеличение активности генов наблюдалось при приложении силы поперёк короткой оси клетки.
- Наименьший ответ был при движении бусины вдоль длинной оси клетки.
- Промежуточный эффект давали сила под углом 45° или сдвиговое напряжение.
Механизм явления
Разница в ответе объясняется тем, как сила передаётся к ядру, где находится ДНК:
- Основные несущие силу элементы клетки — актиновые филаменты цитоскелета.
- Эти волокна ориентированы вдоль длинной оси клетки.
- При поперечной нагрузке они деформируются сильнее, что приводит к большему растяжению хромосом и, как следствие, к более высокой активации генов.
«Волокно стресса подобно натянутой струне скрипки. Когда напряжение прикладывается поперёк короткой оси клетки, это как если бы человек дёрнул струну вертикально, чтобы издать более громкий и мощный звук», — пояснил руководитель исследования, профессор Нин Ван.
Значение и перспективы
- Результаты могут дать новое понимание физиологии и механизмов таких заболеваний, как фиброз, сердечно-сосудистые заболевания и злокачественные опухоли.
- Это первое исследование, раскрывающее механизм различного биологического ответа живых клеток на направление силы на уровне генов.
- Следующим шагом будет создание моделей заболеваний, чтобы понять, как разные силы влияют на их развитие, и найти возможные мишени для терапии.
Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.