Новый метод измерения сил раскрывает, как клетки чувствуют жёсткость тканей

Клетки чувствуют, находятся ли они в мягкой или жёсткой механической среде, подобно тому, как мы чувствуем, лежим ли на мягком одеяле или твёрдых камнях. Однако молекулярные механизмы, лежащие в основе этой способности клеток, в значительной степени неизвестны. Механические силы, действующие на отдельные молекулы в клетках, чрезвычайно малы (порядка пиконьютонов) и не могут быть измерены обычными методами.

Учёные из Института биохимии Макса Планка в Мартинсриде разработали новую технику для количественного измерения сил всего в несколько пиконьютонов в клетках. В результате исследователи смогли идентифицировать центральный механизм, позволяющий клеткам ощущать жёсткость своего окружения.

Новые флуоресцентные биосенсоры

Для измерения молекулярных сил команда Карстена Грашоффа создала два новых флуоресцентных биосенсора, которые меняют свой цвет в ответ на силы в пиконьютонах. Генетическая вставка этих сенсоров в интересующий белок позволяет микроскопически оценивать молекулярное натяжение в живых клетках.

«Новые зонды позволяют нам разрешать различия в механическом натяжении с гораздо более высокой точностью», — сказал руководитель исследования Грашофф.

Ключевая роль талина

Применив метод к белку клеточной адгезии талину, исследователи обнаружили центральный механизм, позволяющий клеткам чувствовать механическую среду.

«Талин несёт механическую силу около семи-десяти пиконьютонов во время адгезии клеток, — объяснил Грашофф. — Мы ожидали, что талин участвует в процессе силового восприятия, но не представляли, насколько он важен. Клетки, в которых талин не способен образовывать механические связи, больше не могут отличить, находятся ли они на жёсткой или мягкой поверхности».

Адаптация к мягким средам

Исследователи также обнаружили, что клетки могут использовать второй талиновый белок, талин-2, для адаптации к очень мягким средам. Поскольку талины присутствуют во всех клетках нашего тела, учёные полагают, что они нашли общий механизм, который клетки используют для измерения внеклеточной жёсткости.