Как белок талин поддерживает межклеточную связь, передавая силу

В многоклеточных организмах миграция клеток и механосенсорика необходимы для развития и поддержания клеток. Эти процессы зависят от талина — ключевого белка фокальных адгезий (FA), который соединяет соседние клеточные матриксы и обеспечивает передачу силы между ними.

Талин обычно рассматривают как полностью вытянутый в FA между актиновыми филаментами (F-актином) и интегриновым рецептором.

Однако исследовательская группа под руководством Университета Киото ранее наблюдала, что актиновая сеть постоянно движется над FA как единое целое — уникальное явление, противоречащее преобладающим представлениям.

«Это ставит вопрос: как талину удаётся одновременно поддерживать межклеточную связь и передавать силу?» — говорит автор-корреспондент Савако Ямасиро из Высшей школы биологических наук Университета Киото. Исследование опубликовано в Nature Communications.

Наиболее значимо, что результаты команды раскрывают новый режим передачи силы, при котором динамическое молекулярное растяжение соединяет внеклеточный матрикс и текущий F-актин, движущиеся с разными скоростями. Это открытие подчёркивает необходимость молекулярной эластичности и случайного связывания для эффективной передачи силы.

«В человеческом масштабе это явление можно представить как супергибкого аниме-персонажа, который держится за проезжающий поезд со скоростью около 50 км/ч», — говорит Ямасиро.

Поезд представляет собой текущий F-актин, а платформа станции — субстрат. Супергерой играет роль белка талина в FA, который либо унесло бы нерастянутым, либо он остался бы на субстрате.

«Однако иногда, когда оба конца талина прочно закреплены, он растягивается из-за тяги, потому что некоторые части этого белка могут разворачиваться, как пружина», — объясняет Ямасиро.

С помощью внутриклеточной флуоресцентной визуализации отдельных молекул талина команда Ямасиро наблюдала и подсчитала, что примерно 4% талина связывают F-актин и субстрат посредством упругой транзиторной муфты. В то же время оставшееся большинство связано только с одним концом.

Эти находки также требуют пересмотра роли молекулярного разворачивания, обновляя традиционный взгляд, что оно функционирует как механосенсор и амортизатор, когда молекулы разворачиваются под внешней силой.

«Однако наши результаты предполагают, что молекулярное разворачивание способствует передаче силы, а не поглощает её», — говорит соавтор Димитриос Вавилонис из Университета Лихай.

«Мы можем ожидать дальнейшего использования внутриклеточной микроскопии одиночных молекул, чтобы наблюдать другие возможные внутри- и внеклеточные "супергеройские" поведения, такие как упругая транзиторная муфта талина», — заключает соавтор Наоки Ватанабэ, также из Высшей школы биологических наук Университета Киото.