Резюме открытия, опубликованное в октябре. 20 в журнале Nature Materials, в частности, проливает свет на то, как силы вне клеток преобразуются во внутренние сигналы.
Они добавляют, что компьютерная модель, разработанная исследователями, также позволяет им предсказать, что клетка будет делать в ответ на изменение уровней этих «мускулов», что является обычным явлением при различных формах рака.
«Теперь мы можем начать объяснять, что происходит при различных заболеваниях, потому что мы понимаем фундаментальные механизмы, лежащие в основе того, как клетки испытывают различные силы и реагируют на них», – говорит Дуглас Робинсон, доктор философии.D., профессор клеточной биологии медицинского факультета Университета Джона Хопкинса.
«Впервые, – добавляет он, – мы можем объяснить, что клетка может делать через индивидуальную работу различных белков, и потому что все клетки используют информацию о силах в их среде, чтобы принимать решения о миграции, делении и клетках. судьба, эта работа имеет значение для целого ряда клеточных заболеваний, включая метастазирование рака и нейродегенерацию."
Робинсон отмечает, что жизнь как клетка не так проста. Например, большинство клеток постоянно подвергаются ударам молекулами воды, движущимися со скоростью около 1100 миль в час (почти 2000 км / ч, что примерно в шесть раз превышает скорость ураганных ветров категории 5). Красные кровяные тельца проходят через кровеносные сосуды и протискиваются через крошечные капилляры, доставляя кислород во все части тела. И костные клетки чувствуют вес организма так, как другие клетки не чувствуют.
«Клетки, как и наши тела, имеют своего рода кожу, через которую они ощущают окружающую среду», – объясняет Робинсон. «Жесткость окружающей среды, различные давления, толчки и тяги – все эти силы« ощущаются »различными белками под« кожей »клеток."
Он добавляет, что плохо понимают, как клетки чувствуют эти силы и реагируют на них. Детали заполняются их новой компьютерной моделью, разработанной с помощью Критики Мохан и Пабло Иглесиаса из инженерной школы Уайтинга Университета Джонса Хопкинса.
Чтобы разработать его, команда работала с белками, которые чувствуют окружающую среду, частью сети, которая обвивает внутренний край клетки, придавая ей форму и структуру и вдохновляя название «цитоскелет.«Наиболее распространенным среди белков является актин, который образует короткие стержни, скрещенные вместе с помощью линкерных белков. Есть также якорные белки, которые прикрепляют актиновые стержни к коже клетки или плазматической мембране. Вместе эти компоненты действуют как «молекулярные мышцы», позволяя клетке изменять свою форму, когда это необходимо – например, когда она протискивается через небольшие пространства, чтобы мигрировать в другую часть тела, или когда она сжимает себя пополам, чтобы делить.
Команда связала каждый из 37 белков цитоскелета с флуоресцентной меткой, которая отмечает его положение в клетке. Затем они оказали давление на клетки, используя крошечную стеклянную трубку, чтобы осторожно сосать клетки, деформируя их и создавая «шейку», как это могло бы произойти, если бы шланг пылесоса всасывал слегка надутый баллон.
Регистрируя движения белка под микроскопом, они анализировали, как каждый белок реагирует на деформацию клетки: куда перемещался каждый белок, сколько из него перемещалось и как быстро он туда попал.
По словам Тяньчжи Луо, основного автора отчета, во время экспериментов использовались два типа силы. Кончик шеи расширился: общая форма сохранялась, в то время как область расширялась.
Удлиненная часть шеи подверглась сдвигу: область сохранилась, но форма изменилась, как блоки желатина при встряхивании. Команда обнаружила три разных линкерных белка, которые реагировали на эти силы, перемещаясь в шею. Неожиданно каждый переместился в разные части шеи в ответ на разные силы.
Как сообщает группа ученых, один из линкерных белков, миозин II, действует как пружина, которая может стягивать актиновые стержни вместе.
Он отреагировал на расширение и переместился, чтобы щедро покрыть кончик шеи, чтобы помочь противодействовать растяжению в этой области.
Альфа-актинин, который укрепляет цитоскелет, образуя параллельные пучки, которые прикрепляются к актиновым стержням, также реагирует на дилатацию, но ограничивает его диапазон до самого кончика шеи. Наконец, филамин, который действует как подвижный шарнир для соединения актиновых стержней под V-образными углами, отреагировал на силу сдвига и переместился только на длинную часть шеи.
Вооружившись этой информацией, команда создала компьютерную симуляцию всех задействованных сил и «молекулярных мышц».
Когда они создали генетические мутанты, в которых не было одного из игроков, клетки вели себя точно так, как предсказывала их модель.
Работа поддержана грантами Национального института общих медицинских наук (GM066817, GM086704).