Выяснение клеточных реакций на механическую силу
Накопленные данные свидетельствуют, что физическая сила играет важную роль в процессах развития оплодотворённых яиц животных. Во время эмбриогенеза различные клеточные популяции активно мигрируют и меняют положение, генерируя разные типы силы (например, силу тяги, силу сжатия), которые влияют на свойства окружающих тканей. Это, в свою очередь, обеспечивает нормальное развитие с высокоорганизованным расположением тканей. Однако то, как эмбриональные клетки и ткани реагируют на эти силы, остаётся малоизученным.
Решить эту важную задачу позволило международное сотрудничество двух лабораторий, обладающих экспертизой в протеомике и биологии развития. Профессор Илеана Кристя из Принстонского университета (США) и профессор Наото Уэно из Национального института фундаментальной биологии (Япония) вместе со своими исследовательскими группами попытались ответить на этот вопрос. Они охарактеризовали глобальные изменения внутриклеточного фосфорилирования и количества белков в эмбрионах, к которым была приложена физическая сила.
«В этом исследовании мы прикладывали силу, центрифугируя эмбрионы Xenopus, и обширно анализировали изменения в состоянии фосфорилирования их белков. Поскольку яйца Xenopus относительно крупнее яиц других организмов, мы смогли получить достаточное количество белка для анализа из небольшого числа эмбрионов», — сказал доктор Нориюки Кинношита, член исследовательской группы.
Используя чувствительный и количественный подход на основе масс-спектрометрии, команда смогла идентифицировать фосфорилирование более чем на 9000 пептидов (т.е. фрагментов белков).
Профессор Кристя подчеркнула новизну и ожидаемое влияние исследования: «Это первое исследование глобальных временных изменений в фосфорилировании белков в ответ на механическую силу в любой биологической системе. Мы интегрировали методы, позволившие нам глобально охарактеризовать динамический фосфопротеом, с целевыми подходами, которые мы разработали для точного мониторинга временной динамики и относительного количества специфических событий фосфорилирования. Мы также поместили эти знания о фосфорилировании-опосредованной передаче сигналов в контекст изменений количества белков. В целом, это позволило нам обнаружить точные регуляторные точки в ответ на силу. Кроме того, учитывая вклад механических сил как в гомеостаз тканей, так и в развитие различных заболеваний, мы надеемся, что наши методы и результаты станут ценным фундаментом для будущих исследований в механобиологии и передаче сигналов».
Первый автор статьи, доктор Хашимото, отметил: «Было интересно обнаружить, что разнообразные протеинкиназы, такие как PAK2 и PKC, в эмбрионе активируются силовым стимулом всего за 10 минут. Также удивительно было найти, что белки, составляющие фокальные адгезии и плотные контакты, оказались среди наиболее заметно фосфорилированных. Эта работа также выявила ранее нераспознанное взаимодействие между путём FAK и путями PKA и PKC. Кроме того, мы смогли продемонстрировать, что центрифугирование укрепляет плотные контакты, приводя к эпителизации ткани».
«В частности, было интригующе обнаружить, что при силовой стимуляции ZO-1 (один из компонентов плотных контактов) накапливается в плотных контактах, чтобы укрепить их структуру, что характерно для мезенхимально-эпителиального перехода (МЭП). Это явление противоположно эпителиально-мезенхимальному переходу (ЭМП), который наблюдается в некоторых клетках во время развития, заживления ран и инвазии/метастазирования рака. Мы предполагаем, что в эмбрионах должен существовать механизм обратной связи, который усиливает устойчивость тканей, чтобы противостоять деформациям, вызванным силой», — сказал профессор Уэно.
Эти результаты были опубликованы 6 марта 2019 года в журнале Cell Systems.