Мониторинг силового растяжения талина и динамического связывания винкулина с талиномКлетки постоянно подвергаются механическим воздействиям. Эти сигналы влияют на принятие клеточных решений, предоставляя информацию, необходимую клеткам для определения того, сколько определенного белка нужно производить, когда конкретный ген должен быть экспрессирован, и даже должна ли клетка двигаться или оставаться там, где она есть.
Такая информация имеет решающее значение, например, для поддержания здоровья, целостности и восстановления тканей с возрастом. Наглядный пример того, когда клетки подвергаются воздействию силы, — это когда мы ходим. В наших мышцах генерируются растягивающие или тянущие силы, которые передаются через мышцу в соединительную ткань и кости. Хотя эта информация генерируется на тканевом уровне, она концентрируется на отдельных клетках в этих тканях и обнаруживается и измеряется субклеточными, белковыми машинами.
Чтобы измерить силы, приложенные к клетке, можно деформировать специализированные белки. Обычно это происходит, когда белок растягивается, точно так же, как эластичная лента растягивается под действием силы натяжения. Растяжение белков может обнажить участки внутри них, которые в противном случае скрыты.
Эти области могут служить стыковочными участками для прикрепления других белков. Это приводит к эффекту снежного кома, когда все больше и больше белков могут связываться, и образуются более крупные молекулярные комплексы или машины, которые опосредуют конкретную клеточную функцию. Это явление недавно исследовали директор MBI, профессор Майкл Шитц, старший научный сотрудник д-р Феликс Маргадант и аспирантка г-жа Сиань Ху (Эдна) в работе, посвященной характеристике растяжения чувствительного к силе белка, известного как талин, и установлению эффекта. он связан с другим белком, называемым винкулин.
Хотя несколько исследований показали индуцированное силой растяжение связывания талина и талин-винкулин in vitro, одновременная визуализация обоих этих событий и их корреляции со специфическими клеточными функциями ранее была невозможна в живых клетках из-за быстрых временных масштабов, в которых они происходят. . Кроме того, получение многоцветных изображений со сверхвысоким разрешением в живых клетках все еще очень сложно. Чтобы преодолеть эти проблемы, профессор Шитц и г-жа Ху разработали новый и высокотехнологичный метод визуализации со сверхвысоким разрешением, который позволил им одновременно контролировать длину талина в живых клетках, а также динамику связывания винкулина на уровне отдельной молекулы и в миллисекундах. шкала времени.
Присоединяя разные флуоресцентные молекулы (GFP и mCherry) к каждому концу талина и третий флуорофор (Atto655) к винкулину, исследователи могли отслеживать точное субклеточное расположение каждого белка и подтверждать, что при растяжении талина винкулин связывается к недавно открывшимся сайтам. Интересно, что их результаты часто показывают кластерное связывание, при котором пять или более молекул винкулина связываются с талином за одну секунду. Более того, связывание первых нескольких винкулинов, по-видимому, энергетически благоприятствовало последовательному связыванию большего количества молекул винкулина. Коррелируя динамику связывания винкулина с величиной растяжения талина, исследователи отметили, что максимальное связывание винкулина происходит на одном специфическом конце талина (N-концевой участок), когда талин растягивается примерно до 180 нм.
Понимание того, как талин и винкулин реагируют на силы растяжения, имеет решающее значение для понимания того, как клетки реагируют на силы в нашем организме. В этом случае оба белка находятся в более крупных молекулярных механизмах, называемых фокальными адгезиями, которые физически соединяют внутреннюю часть клетки с материалом, окружающим клетку, внеклеточным матриксом. Фокальные адгезии в первую очередь функционируют как центры передачи сигналов, и информация, которую они передают, может вызывать рост и движение клеток. Когда эта обработка сигналов нарушается или не регулируется, возникают болезненные состояния, и способность организма заживлять раны или поддерживать целостность тканей с возрастом ухудшается.
Хотя взаимодействие талина и винкулина важно для облегчения этих более широких клеточных и тканевых процессов, оно является лишь одним из многих взаимодействий белков, отвечающих на силу. Есть надежда, что этот недавно описанный метод проложит путь исследователям к анализу других белковых взаимодействий, как внутри фокальных адгезий, так и в других молекулярных машинах, чтобы улучшить наше понимание многих силовых клеточных процессов, которые возникают во время развития и продолжаются до конца. к старению.