Как клетки кожи защищаются от стресса

Кожа — наш самый большой орган, обеспечивающий, среди прочего, защиту от механических воздействий. Для этого клетки кожи должны быть особенно тесно связаны между собой. Долгое время было неясно, как именно обеспечивается эта механическая стабильность на молекулярном уровне. Исследователи под руководством профессора Карстена Грашова из Института молекулярной клеточной биологии Мюнстерского университета и Института биохимии Макса Планка совместно с коллегами из Мюнхенского университета имени Людвига-Максимилиана и Стэнфордского университета изучили, как обрабатывается механическое напряжение в специализированных точках адгезии — десмосомах. Они создали миниатюрное измерительное устройство, способное определять силы, действующие на отдельные компоненты десмосом. В исследовании, опубликованном в Nature Communications, они показывают, как механические силы распространяются по этим структурам.

Десмосомы укрепляют связь между клетками. Пациенты с дефектными десмосомами страдают от тяжелых кожных заболеваний, которые возникают после воздействия механического стресса. Однако ранее было неясно, как механические силы воздействуют на отдельные компоненты десмосом. Исследователи разработали метод анализа молекулярных сил в этих точках адгезии.

«Эта техника функционирует подобно миниатюрным пружинным весам», — говорит Анна-Лена Кост из Института Макса Планка, один из ведущих авторов исследования. Силовой сенсор состоит из двух флуоресцентных красителей, соединенных растяжимым пептидом. Пептид действует как пружина, которая растягивается всего на несколько пиконьютонов, что, в свою очередь, приводит к изменению свечения красителей. Исследователи могут считывать это изменение с помощью микроскопа, что позволяет определять механические различия в отдельных точках связывания.

В экспериментах исследователи обнаружили, что десмосомы не подвергаются механическому напряжению, пока отсутствуют внешние силы. Если клетки растягиваются, что часто происходит в коже, то в десмосомах становится заметным механическое напряжение. Эти формы напряжения зависят от величины силы и ее ориентации. «При низком уровне механического стресса нагрузку могут нести другие структуры в клетке. Но если возникает высокая степень стресса, то на помощь приходят десмосомы», — резюмирует Анна-Лена Кост.