Учёные описали структуру скрученного комплекса молекулы клеточной адгезии
Наши ткани и органы состоят из множества клеток, которые должны соединяться, чтобы формировать функциональные структуры. Это соединение обеспечивают специализированные белки — молекулы клеточной адгезии, которые выступают из соседних клеток и связываются друг с другом.
Один из классов таких молекул — кадгерины CELSR (Cadherin EGF LAG seven-pass G-type receptor). Они играют важную роль в формировании тканей с определённой формой и паттерном клеток. До сих пор их структура и функция были изучены не полностью.
Группа исследователей использовала одно-молекулярную флуоресцентную микроскопию и высокоскоростную атомно-силовую микроскопию (HS-AFM), чтобы выяснить механизм димеризации кадгеринов CELSR.
Учёные создали два варианта флуоресцентно меченых кадгеринов CELSR (CELSR2-mGFP и CELSR2-Halo) и наблюдали за их взаимодействием на границе соседних клеток с помощью одно-молекулярной микроскопии.
Результаты показали, что флуоресцентные сигналы от двух разных меток колокализуются на больших расстояниях (1 мкм) и в течение длительного времени (1 сек). Это указывает, что CELSR-кадгерины формируют специфичные и стабильные димеры, соединяющие соседние клетки в минимальную адгезионную единицу.
Далее с помощью HS-AFM были получены высокоразрешающие изображения очищенных CELSR-кадгеринов в растворе в нанометровом масштабе. Изображения показали, что внеклеточные домены (эктодомены) CELSR-кадгерина, соединяющие клетки, имеют нитевидные и глобулярные участки, соответствующие кадгериновым и не-кадгериновым эктодоменам.
HS-AFM также выявила, что два CELSR-кадгерина связываются через нитевидные структуры в антипараллельной ориентации, что согласуется с данными флуоресцентной микроскопии. Применение анализа локализации для изображений HS-AFM позволило улучшить пространственное разрешение и получить детальные изображения структуры.
Анализ показал, что нитевидные участки восьми кадгериновых эктодоменов CELSR-кадгеринов полностью перекрываются скрученным образом. С помощью теста агрегации шариков также было показано, что особенно важен для взаимодействия четвёртый кадгериновый эктодомен (со стороны, удалённой от мембраны).
Перекрытие восьми кадгериновых эктодоменов в связывающем комплексе, описанное в этом исследовании, является наиболее обширным из известных для кадгеринов. Сам комплекс CELSR-кадгеринов довольно большой (~66.7 нм), что превышает типичное расстояние внеклеточного пространства в зоне адгезии эпителиальных клеток (15–25 нм).
Исследователи предполагают, что такой крупный комплекс, формируемый CELSR-кадгеринами, может служить физическим спейсером между клетками. Это создаёт пространство для мелких внеклеточных везикул с сигнальными молекулами и регулирует формирование тканей в зависимости от полярности, что напрямую влияет на паттернирование клеток.
Эти открытия дают новое понимание сложных механизмов клеточной адгезии, опосредованной CELSR-кадгеринами. Хотя для полного понимания физиологической роли описанной структуры необходимы дальнейшие детальные анализы, результаты важны для разработки новых методов лечения заболеваний, связанных с нарушением клеточной адгезии.