Расшифровка языка клеток: как они чувствуют и реагируют на механические силы

Клетки постоянно подвергаются воздействию различных механических сил в нашем теле. Эти силы играют ключевую роль в регуляции таких процессов, как миграция, дифференцировка и развитие тканей.

Исследовательская группа из Университета Северной Каролины в Чапел-Хилл, Университета Дьюка и Медицинского колледжа Пенсильвании в исследовании, опубликованном в Nature Communications, раскрыла молекулярные механизмы, позволяющие клеткам интерпретировать и реагировать на механические силы.

Винекулин как ключевой сенсор

Исследование было сосредоточено на белке винекулине, который действует как ключевой соединитель между внутренним скелетом клетки (цитоскелетом) и её внешней средой. Учёные использовали комбинацию компьютерного моделирования, белковой инженерии и передовых методов визуализации.

Винекулин функционирует по принципу направленного механизма "док-замок-защёлка". Подобно тому, как лодка (актин), подходя к доку (винекулин) с определённого направления, сжимает пружину и позволяет защёлке сработать, винекулин образует более прочные связи с актиновыми филаментами только при приложении силы в специфическом направлении. Это позволяет клеткам различать и реагировать на механические силы, приходящие с разных сторон.

Открытие DAFS-остатков

Учёные обнаружили специфические аминокислотные остатки в винекулине, которые формируют направленно-асимметричные, усиливающиеся под действием силы (DAFS) взаимодействия с актиновыми филаментами. Эти DAFS-остатки действуют как крошечные сенсоры.

Для проверки были созданы варианты винекулина, лишённые этих остатков. Клетки, экспрессирующие такие модифицированные белки, демонстрировали:

• Нарушение координации между фокальными адгезиями (точками крепления клетки) и актиновым цитоскелетом.
• Дефекты в распределении механических нагрузок.
• Нарушение способности к направленной миграции.

Значение и перспективы

Понимание того, как клетки чувствуют и реагируют на направленные силы на молекулярном уровне, даёт ценные знания для:

• Тканевой инженерии, где необходим точный контроль над поведением клеток.
• Изучения механизмов таких заболеваний, как рак, где механические силы играют роль в прогрессии опухоли и метастазировании.

Исследование открывает путь к разработке новых подходов для манипулирования поведением клеток и создания инновационных терапий.