Ученые раскрыли механизм образования усиливающихся под нагрузкой межклеточных связей
Исследователи из Университета штата Айова определили молекулярный механизм, лежащий в основе так называемых catch bonds — уникальных связей между биологическими клетками, которые укрепляются при механическом растяжении.
Эти связи формируются адгезивными белками кадгеринами. Санживи Сивасанкар, ведущий автор исследования, сравнивает их с нанолентами безопасности, которые становятся прочнее при натяжении.
Ключевое открытие
С помощью компьютерного моделирования (молекулярной динамики и направленной молекулярной динамики) и экспериментов с атомно-силовой микроскопией ученые обнаружили, что механизм основан на образовании долгоживущих водородных связей, индуцированных силой.
Как это работает
- Два стержневидных кадгерина связываются, образуя X-димер.
- Присутствие ионов кальция (Ca²⁺) сохраняет жесткость и упорядоченность структуры белков.
- Приложение механической силы (растяжение) сближает определенные участки белковых молекул.
- Это сближение позволяет сформироваться серии водородных связей, которые "запирают" X-димер в более плотном контакте.
Эксперименты подтвердили: образование catch bonds происходит только при одновременном наличии растягивающей силы и высокой концентрации ионов кальция. Устранение любого из этих факторов предотвращает формирование связи.
Биомедицинское значение
Прочные межклеточные связи, обеспечиваемые catch bonds, критически важны для:
- Здоровья сердца — связи между кардиомиоцитами должны выдерживать постоянные механические нагрузки.
- Подавления метастазирования рака — при некоторых онкологических заболеваниях эти связи ослабевают, что позволяет клеткам отрываться от первичной опухоли и распространяться.
Исследование, опубликованное в Nature Communications, финансировалось грантами Американского онкологического общества и Американской кардиологической ассоциации.