Ключи к пониманию мутаций гена MYH9, вызывающих спектр заболеваний у человека

Миозины — моторные белки, преобразующие химическую энергию в механическую работу, создавая силу и движение. Немускульный миозин II генерирует силы, необходимые для движения клеток и изменения их формы, что формирует структуру тканей. Хотя известно, что мутации в генах, кодирующих немускульный миозин II, приводят к заболеваниям (включая тяжёлые врождённые дефекты, дисфункцию тромбоцитов, нефрит и глухоту у взрослых), механизмы, связывающие изменение активности миозина с конкретными нарушениями в организации тканей и физиологии, до конца не ясны.

Группа исследователей под руководством Карен Касцы, доцента машиностроения, использовала эмбрион Drosophila для моделирования человеческих болезнетворных мутаций, влияющих на моторную активность миозина. С помощью in vivo визуализации и биофизического анализа они показали, что внедрение мутаций, связанных с болезнями человека из гена MYH9, в миозин II дрозофилы создаёт моторные белки с изменённой организацией и динамикой. Эти белки не способны обеспечивать быстрое движение клеток, что приводит к дефектам морфогенеза эпителия. Исследование, впервые продемонстрировавшее, что такие мутации замедляют движение клеток in vivo, опубликовано 15 октября 2019 года в PNAS.

«В настоящее время невозможно наблюдать на клеточном уровне, что происходит при этих мутациях у людей, и это всё ещё очень сложно делать на модельных млекопитающих, например, мышах», — отмечает Касца, ведущий автор работы.

Из-за большого сходства белка миозина II у человека и плодовой мушки группа Касцы решила сначала «увидеть» эффекты мутаций миозина II у дрозофил. Они внедрили человеческие болезнетворные мутации в миозин мушки и наблюдали, как это влияет на поведение белков, клеток и тканей в организме.

Использовалась конфокальная флуоресцентная микроскопия высокого разрешения для записи процессов, а также биофизические методы, такие как лазерная абляция (нанодиссекция), для измерения сил, генерируемых мутантными моторными белками миозина II in vivo.

Касца обнаружила, что хотя мутантные белки миозина II попадали в нужные места внутри клеток и могли генерировать силу, их мелкомасштабная организация и скорость движения внутри клеток отличались от нормального (дикого типа) белка. Команда наблюдала замедленное движение клеток в тканях, что вызывало аномалии формы эмбриона в процессе развития.

«Наблюдая за тем, как клетки движутся и генерируют силы внутри живых тканей, мы получили новые ключи к пониманию того, почему мутации в гене MYH9 вызывают широкий спектр нарушений у человека», — говорит Касца. — «Наша работа проливает новый свет на то, как моторные белки создают силы в живых тканях и как генетические факторы изменяют эти силы, приводя к болезни. Это понимание механизмов поможет лучше изучить эти заболевания и в перспективе может привести к новым диагностическим или терапевтическим стратегиям».

Сейчас исследователи работают над новыми методами точного управления силами, создаваемыми миозиновыми моторами внутри живых клеток и тканей. Эти инструменты помогут выяснить, как механические силы влияют на биохимические процессы, контролирующие движение клеток и их судьбу. Такие исследования важны для понимания того, как нарушение регуляции механических сил способствует развитию болезней.

Исследование озаглавлено «Cellular defects resulting from disease-related myosin II mutations in Drosophila».