Talin è una proteina che controlla l'attaccamento e il movimento cellulare, ma il suo malfunzionamento consente anche la diffusione delle cellule tumorali. DCL1 è una proteina che sopprime il tumore. Ma gli scienziati non capiscono appieno come funzionano le proteine ​​o cosa succede quando non funzionano come dovrebbero.

Una cosa gli scienziati sanno:quando è presente in una cellula, DCL1 può interagire con talin e forse interferire con la capacità di talin di raggruppare le cellule insieme. Se gli scienziati conoscessero le fasi esatte del processo, potrebbero essere in grado di identificare un'opzione terapeutica per impedire la metastasi del cancro.

Per trovare le risposte, un team di ricercatori dell'Università del Wisconsin-Milwaukee ha utilizzato uno strumento unico che ha costruito per applicare le esatte forze meccaniche che agiscono sul talino nel corpo, dando inizio a un processo chiamato dispiegamento delle proteine, necessario per il funzionamento della proteina la sua funzione.

Con lo strumento, chiamato "pinzette magnetiche a molecola singola", gli scienziati hanno misurato le forze meccaniche intracellulari e le hanno sperimentate in laboratorio in modo da poter scoprire cosa succede alla talina quando DCL1 è presente e non presente nella cellula.

Hanno scoperto un comportamento unico del talin, indotto da forze meccaniche, che dimostra una forte interazione che può spiegare l'effetto antitumorale del DLC1 quando le due proteine ​​si legano.

"Non sappiamo ancora esattamente cosa vada storto con il funzionamento del talino quando le cellule tumorali metastatizzano", ha affermato Ionel Popa, un professore di fisica UWM che ha guidato il team. "Ma sembra che il talin svolga un ruolo nell'attivare la diffusione delle cellule quando manca il DCL1 che sopprime il tumore. E quando il DCL1 si lega al talin, sembra impedire al talin di attivare la diffusione cellulare".

Il lavoro è stato pubblicato oggi sulla rivista Science Advances .

Come tutte le proteine, il talin forma una specifica forma tridimensionale che ne definisce la funzione. Conosciuto come ripiegamento proteico, è uno dei processi più complessi in natura e, quando il ripiegamento va storto, spesso porta alla malattia. Il laboratorio di Popa studia le forze che influenzano il ripiegamento delle proteine, che possono portare a nuovi trattamenti per le malattie che iniziano quando le proteine ​​si ripiegano in modo errato.

Per alcune proteine, compresa la talina, sono necessarie forze meccaniche all'interno e all'esterno della cellula affinché la proteina ottenga la forma che sblocchi la sua funzione. All'interno delle cellule, le forze meccaniche spingono il talin a dispiegarsi, rivelando i recettori a cui altre proteine ​​possono legarsi per formare le necessarie connessioni di messaggistica.

"Il processo è come un computer meccanico perché calcola quanta forza è necessaria affinché tutte le connessioni avvengano", ha detto Popa. "Queste forze dicono alla cellula cosa sta succedendo intorno ad essa."

La cellula produce vari ligandi, che convertono le forze meccaniche in segnali chimici quando si legano a una proteina. E la messa a punto meccanica di questi ligandi, incluso DCL1, è ciò che ha reso i ricercatori così interessati al talin tanto per cominciare.

La posizione, o dominio, in cui DCL1 si lega con talin ha il maggior numero di ligandi disponibili tra tutte le stazioni di legame sulla proteina. In effetti, la messaggistica continua sia all'interno che all'esterno della cella poiché i ligandi aiutano a orchestrare l'attività. Correlare e misurare il meccanismo di forza del ripiegamento ha permesso ai ricercatori di studiare questo processo in modo più dettagliato.

Come possono "vedere" le pinzette

Gli scienziati sapevano già che il DCL1 si lega a un solo dominio particolare della proteina talina. I ricercatori dell'UWM hanno rivelato come:in risposta a una forza applicata, il talin si dispiega e si ripiega, formando una struttura in cui il DCL1 si lega in modo quasi irreversibile.

"Abbiamo raccolto i dati dalla molecola di talin mentre si dispiegava e si ripiegava, quindi abbiamo aggiunto DCL1 per vedere come è cambiato", ha detto Popa. "Ricerche precedenti hanno indicato un'interazione debole, suggerendo che probabilmente non è il motore delle capacità di soppressore di DCL1. Ma quando l'abbiamo testato, abbiamo scoperto il contrario:la molecola risultante diventa super-stabile".

Le pinzette magnetiche hanno permesso ai ricercatori di effettuare misurazioni su una molecola proteica di dimensioni di pochi nanometri. Dopo averlo legato tra una superficie di vetro e una sfera paramagnetica, i ricercatori misurano la posizione della sfera paramagnetica su un'estremità della molecola che si muove liberamente e quella di una sfera non magnetica, incollata alla stessa superficie dell'estremità opposta della proteina. Quindi applicano una forza magnetica, replicando le esatte perturbazioni meccaniche esercitate su una proteina nel corpo, e misurano il suo dispiegamento e ripiegamento per capire come cambia la sua struttura.

Con le pinzette magnetiche i ricercatori possono studiare l'effetto di quelle forze nell'arco di giorni anziché minuti, in modo simile alle loro linee temporali nel corpo.

Il ruolo degli ormoni

L'attivazione del talin durante la diffusione cellulare e la costruzione dei tessuti è controllata dagli ormoni. In questa fase, la proteina subisce cicli di allungamento e legame con altre proteine. Le forze meccaniche entrano in gioco quando più proteine ​​si uniscono al processo.

Affinché il talin venga attivato, deve essere portato alla membrana cellulare da messaggeri che inviano segnali dal citoscheletro cellulare alla matrice extracellulare, l'ambiente circostante in cui sono incorporate le cellule.

Il team di Popa ha monitorato l'effetto di DCL1 in questo processo.

"Durante questa attivazione 'inside-out' guidata dagli ormoni, se DLC1 si lega anche al talin, non consentirà tale reclutamento nella membrana", ha affermato. "Qualsiasi passaggio che controlla la diffusione cellulare potrebbe essere dirottato dalle cellule tumorali per diventare metastatico. In alcuni casi, il DLC1 viene completamente soppresso".

Il DCL1 mancante o malfunzionante potrebbe non essere l'unico fattore di diffusione del cancro, ha affermato Popa. Ma il lavoro illustra i comportamenti alternativi delle proteine ​​sotto forza e indica una direzione per ulteriori studi per questa interazione proteica come potenziale bersaglio per i farmaci antitumorali.