Впервые ученые показали механизм самовосстановления в клетках

Когда клетки сталкиваются друг с другом, силы заставляют их двигаться и трястись, а иногда даже разрывать.

"Клетки постоянно генерируют силы и реагируют на них. Их притягивает окружающая среда", - сказал Джонатан Винкельман, доктор наук, исследователь из Чикагского университета. Винкельман работает в лаборатории Маргарет Гардель, профессора кафедры физики и Притцкеровской школы молекулярной инженерии.

В отличие от резиновой ленты, которая рвется, когда вы ее слишком сильно растягиваете, перенапряженная клетка инициирует реакцию восстановления. Это явление наблюдалось с помощью микроскопии, но вопрос о том, как процесс восстановления и адаптации инициируется внутри клеток - оставался без ответа до сих пор.

В новом инновационном исследовании, опубликованном в Proceedings of the National Academy of Sciences, Винкельман вместе с несколькими другими исследователями из Чикагского университета продемонстрировал, как белок обнаруживает силы внутри клетки и инициирует восстановление.

Все клетки имеют актиновые цитоскелеты - сеть нитевидных белков, которые необходимы для клеточных процессов, таких как миграция, рост, растяжение и т. Д. "Люди ранее наблюдали белок под названием зиксин в клетках, идущих к этим растянутым структурам актина, но не совсем понимали, как он работает и насколько широко распространена эта функция", - сказал Винкельман.

Исследователи из Калифорнийского университета в Чикаго обнаружили, что животные белки, включая зиксин и одноклеточный дрожжевой белок паксиллин, способны обнаруживать стрессовые материалы в актиновых цитоскелетах. Сразу после того, как в лаборатории была применена механическая сила, белки собрались там, где требуется восстановление, и напрямую связались с растянутой конформацией актиновой нити.

Документирование их наблюдений потребовало широкого спектра навыков, чтобы разработать идеальный тест для воссоздания этого самовосстановления вне клетки из очищенных компонентов. Аспирант Кейтлин Андерсон, которая стала соавтором этой работы с Винкельманом, провела скрининг белков с использованием изображений и исключительно чувствительных анализов, которые она разработала в лаборатории под руководством Дэвида Ковара, профессора молекулярной генетики и клеточной биологии.

Компьютерные программы позволили им прочесать геном человека, чтобы выделить белки, которые, вероятно, участвуют в этом процессе. Группа, называемая семейством белков LIM-домена, появлялась в геноме более 70 раз, что свидетельствует о важности его сохранения в эволюции человека.

Затем в лаборатории Гарделя Винкельман применил лазер, который действовал как искусственный способ имитировать ущерб, нанесенный такими силами, как растяжение. Они также добавили флуоресцентные метки к каждому из белков LIM и наблюдали за процессом с помощью мощных микроскопов. Как только случился разрыв или разрыв, команда заметила, что многие из 70+ белков домена LIM, кодируемых геномом человека, быстро обнаруживают повреждение и связываются с пораженными участками. Было ясно, что чувствительность к силе LIM была широко распространена и была скопирована и вставлена ​​в десятки различных белков в процессе эволюции, сказали ученые.

"Мы изучали эту группу белков, чтобы установить этот ответ обнаружения и восстановления в очень сложных клетках, которые содержат тысячи различных типов белков", - сказал Винкельман. "Однако, чтобы по-настоящему понять этот процесс, нам нужно было очистить основные компоненты и перестроить весь процесс за пределами ячеек".

Андерсон использовал технику, называемую флуоресцентной микроскопией полного внутреннего отражения, и сложный процесс для создания очень чистого образца именно того белка, который им был нужен, - чего никогда раньше не делали.

Они также обнаружили, что это восприятие силы с помощью LIM наблюдается как у дрожжей, так и у млекопитающих, предполагая, что это древняя функция, которую эволюция защищала и распространяла. Этот высококонсервативный древний механизм, вероятно, будет использоваться множеством других процессов для определения сил внутри клеток.

"Клеточная сила через LIM доменов может сообщить многие другие процессы, кроме самостоятельного ремонта, таких как контроля клеточных судеб стволовых, клеточной пролиферации, или миграция клеток, а также многих других разнообразных сигнальных пути , которые нуждаются в дальнейшем изучении", - сказал Гардель. "Джон и Кейтлин обнаружили, что многие из этих белков разделяют этот домен".

"Эта работа способствует нашему пониманию фундаментальной науки - того, как клетки обнаруживают и обрабатывают механические сигналы, как регулируются различные механические пути в эпителиальных клетках и прилегающих тканях", - сказал Гардель. "Но есть также приложения для создания мягких, отзывчивых материалов в небиологическом контексте, которые имеют тот же процесс распознавания".

Напомним, ранее сообщалось, что биологи создали искусственную жизнь.

Источник