Впервые продемонстрирован механизм самовосстановления в клетках
Клетки постоянно сталкиваются с силами, которые заставляют их двигаться, деформироваться или даже разрываться. В отличие от резинки, которая рвётся при перерастяжении, перерастянутая клетка запускает ответ для самовосстановления. Хотя это явление наблюдали с помощью микроскопии, механизм инициации ремонта оставался неизвестным.
В новом исследовании, опубликованном 28 сентября в Proceedings of the National Academy of Sciences, учёные из Чикагского университета показали, как белок обнаруживает механические силы внутри клетки и запускает восстановление.
Все клетки имеют актиновый цитоскелет — сеть филаментозных белков, необходимую для миграции, роста и растяжения клеток. Исследователи обнаружили, что животные белки, включая Zyxin и белок дрожжей paxillin, способны обнаруживать напряжение в актиновых цитоскелетах. Сразу после приложения механической силы в лаборатории эти белки собирались вокруг места повреждения и напрямую связывались с растянутой конформацией актинового филамента.
Документирование этого наблюдения потребовало разработки сложного анализа для воссоздания самовосстановления вне клетки из очищенных компонентов. С помощью компьютерных программ учёные проанализировали человеческий геном и выделили белки, вероятно участвующие в процессе. Семейство белков с LIM-доменом встречалось в геноме более 70 раз, что указывает на важность его сохранения в эволюции человека.
В эксперименте лазер использовали для имитации повреждения от растяжения. Добавив флуоресцентные метки к каждому из LIM-белков, команда наблюдала процесс с помощью мощных микроскопов. Как только происходил разрыв, многие из 70+ LIM-доменных белков быстро обнаруживали повреждение и связывались с поражёнными участками. Стало ясно, что чувствительность LIM к силам широко распространена и была скопирована эволюцией в десятки различных белков.
Для углублённого понимания процесса учёные очистили необходимые компоненты и воссоздали весь процесс вне клеток, используя микроскопию полного внутреннего отражения (TIRF).
Также было обнаружено, что это силовое восприятие через LIM-домен наблюдается как у дрожжей, так и у млекопитающих, что указывает на древнюю функцию, которую эволюция сохранила и распространила.
«Клеточное восприятие силы через LIM-домены может влиять на многие другие процессы, помимо самовосстановления, такие как контроль судьбы стволовых клеток, пролиферация или миграция клеток, и многие другие сигнальные пути, которые требуют дальнейшего изучения», — сказала профессор Маргарет Гардел.
Эта работа углубляет понимание фундаментальной науки — того, как клетки обнаруживают и обрабатывают механические сигналы. Она также может найти применение в создании мягких, адаптивных материалов в небиологическом контексте, обладающих аналогичным процессом распознавания.