Что говорят механические силы сворачивания белка о метастатическом раке

Белок талин контролирует прикрепление и движение клеток, но его нарушенная работа также позволяет раковым клеткам распространяться. DCL1 — это белок-супрессор опухоли. Учёные до конца не понимают, как работает каждый из этих белков и что происходит, когда они функционируют неправильно.

Известно, что присутствуя в клетке, DCL1 может взаимодействовать с талином и, возможно, мешать его способности группировать клетки. Если бы учёные знали точные шаги этого процесса, они могли бы найти способ лечения, предотвращающий метастазирование.

Чтобы найти ответы, исследователи из Университета Висконсин-Милуоки использовали уникальный инструмент, который они создали, чтобы приложить к талину те же механические силы, что действуют на него в организме. Это запускает процесс разворачивания белка, необходимый для выполнения его функции.

С помощью инструмента под названием «магнитные пинцеты для одиночных молекул» учёные измерили внутриклеточные механические силы и экспериментировали с ними в лаборатории, чтобы увидеть, что происходит с талином при наличии и отсутствии DCL1 в клетке.

Они обнаружили уникальное поведение талина, индуцированное механическими силами, которое демонстрирует сильное взаимодействие. Это может объяснить противоопухолевый эффект DLC1 при связывании двух белков.

«Мы до сих пор не знаем точно, что идёт не так с функцией талина, когда раковые клетки метастазируют, — говорит ведущий исследователь, профессор физики Айонел Попа. — Но похоже, что талин играет роль в активации распространения клеток, когда подавляющий опухоль DCL1 отсутствует. А когда DCL1 связывается с талином, он, по-видимому, блокирует способность талина активировать распространение клеток».

Исследование опубликовано в журнале Science Advances.

Силы, необходимые для функции

Как и все белки, талин образует специфическую трёхмерную форму, определяющую его функцию. Этот процесс, известный как сворачивание белка, — один из самых сложных в природе, и его нарушения часто приводят к болезням.

Для некоторых белков, включая талин, механические силы внутри и вне клетки необходимы, чтобы белок приобрёл форму, «открывающую» его функцию. Внутри клеток механические силы заставляют талин разворачиваться, обнажая рецепторы, к которым могут связываться другие белки для передачи сигналов.

«Этот процесс похож на механический компьютер, потому что он вычисляет, какая сила нужна для всех соединений, — объясняет Попа. — Эти силы сообщают клетке, что происходит вокруг».

Клетка производит различные лиганды, которые преобразуют механические силы в химические сигналы при связывании с белком. Именно механическая «настройка» этими лигандами, включая DCL1, изначально заинтересовала исследователей в талине.

Участок (домен) талина, с которым связывается DCL1, имеет наибольшее количество доступных лигандов среди всех связывающих станций на белке. Корреляция и измерение силового механизма сворачивания позволили изучить этот процесс детальнее.

Как «видят» магнитные пинцеты

Учёные уже знали, что DCL1 связывается только с одним конкретным доменом талина. Исследователи из UWM выяснили как: в ответ на приложенную силу талин разворачивается и снова сворачивается, образуя структуру, с которой DCL1 связывается почти необратимо.

«Мы собрали данные о молекуле талина в процессе разворачивания и сворачивания, а затем добавили DCL1, чтобы увидеть изменения, — говорит Попа. — Предыдущие исследования указывали на слабое взаимодействие. Но когда мы протестировали, обнаружили обратное — результирующая молекула становится сверхустойчивой».

Магнитные пинцеты позволили проводить измерения на белковой молекуле размером в несколько нанометров. Прикрепив её между стеклянной поверхностью и парамагнитной бусиной, исследователи измеряют положение бусины на свободном конце молекулы и немагнитной бусины, приклеенной к поверхности на противоположном конце белка. Затем они прикладывают магнитную силу, воспроизводя точные механические воздействия, испытываемые белком в организме, и измеряют его разворачивание и сворачивание, чтобы понять изменения структуры.

Этот метод позволяет исследовать эффект сил в течение дней, а не минут, что ближе к реальным временным масштабам в организме.

Роль гормонов и перспективы

Активация талина во время распространения клеток и построения тканей контролируется гормонами. На этой стадии белок проходит циклы растяжения и связывания с другими белками. Механические силы вступают в игру по мере присоединения новых белков.

Для активации талин должен быть доставлен к клеточной мембране мессенджерами, которые передают сигнал от цитоскелета клетки к внеклеточному матриксу (окружающей среде клеток).

Команда Попы отследила эффект DCL1 в этом процессе.

«Во время этой управляемой гормонами активации «изнутри наружу», если DLC1 также связывается с талином, это не позволит его рекрутированию к мембране, — говорит он. — Любой из этапов, контролирующих распространение клеток, может быть захвачен раковыми клетками для метастазирования. В некоторых случаях DLC1 полностью подавлен».

Отсутствие или неисправность DCL1 может быть не единственным фактором распространения рака. Однако эта работа демонстрирует альтернативное поведение белков под действием силы и указывает направление для дальнейшего изучения этого белкового взаимодействия как потенциальной мишени для противораковых препаратов.