I muscoli sono collegati ai tendini per alimentare i movimenti degli animali come la corsa, nuotare o volare. Le forze sono prodotte dalle catene contrattili delle proteine ​​actina e miosina, che tirano le connessioni muscolo-tendinee chiamate attaccamenti. Durante lo sviluppo animale, questi attacchi muscolo-tendinei devono essere stabiliti in modo tale da resistere a forze meccaniche elevate per tutta la vita dell'animale. Un team interdisciplinare di ricercatori di Marsiglia (Francia), Monaco e Münster (entrambe in Germania) sono ora in grado di quantificare le forze meccaniche trasmesse da una proteina chiave di attacco chiamata Talin.

I ricercatori hanno utilizzato i muscoli di volo del moscerino della frutta Drosophila per queste misurazioni della forza molecolare e hanno scoperto che una proporzione sorprendentemente piccola di molecole di Talin sperimenta forze rilevabili nello sviluppo di attacchi muscolo-tendinei. Hanno anche scoperto che i muscoli affrontano le crescenti forze tissutali reclutando un numero elevato di molecole di Talin per gli attacchi. Per di qua, molte molecole di Talin possono condividere dinamicamente le elevate forze di picco prodotte durante le contrazioni muscolari, per esempio durante il volo. "Questo concetto di adattamento meccanico garantisce che le connessioni muscolo-tendinee possano durare per tutta la vita, "dice Sandra Lemke, un dottorato di ricerca studente di biologia presso l'Istituto di Biochimica Max Planck che ha svolto la maggior parte degli esperimenti. Lo studio è stato condotto dal Dr. Frank Schnorrer dell'Istituto di Biologia dello Sviluppo dell'Università di Aix-Marseille e dal Prof. Dr. Carsten Grashoff dell'Università di Münster. Questi nuovi risultati sono stati pubblicati sulla rivista PLOS Biologia .

Le aderenze a base di integrine sono importanti strutture di rilevamento della forza delle cellule animali per sentire e resistere alle forze meccaniche. I recettori dell'integrina sono un componente importante di tali strutture che si trovano sulla superficie cellulare, sondando l'ambiente esterno alla cellula e legandosi a un'estremità di Talin all'interno della cellula. L'altra estremità di Talin si lega al citoscheletro contrattile actina-miosina, quindi Talin è nella posizione perfetta per elaborare le forze molecolari. I ricercatori hanno quindi inserito un sensore di forza fluorescente nella proteina talin per studiare le forze molecolari utilizzando metodi di microscopia.

Studi precedenti del gruppo di ricerca guidato da Carsten Grashoff presso l'Istituto di biologia cellulare molecolare dell'Università di Münster avevano già dimostrato che il 70 percento di tutte le molecole di Talin sono esposte a forze elevate nelle cosiddette adesioni focali, quando le cellule vengono posizionate su substrati di plastica dura o vetro in laboratorio. Perciò, i risultati di questo nuovo studio sono molto sorprendenti:meno del 15% delle molecole di Talin "sentiva" forze misurabili nello sviluppo di attacchi muscolari in un organismo intatto. È importante sapere che un muscolo collegato alle cellule tendinee si trova in un ambiente molto più morbido rispetto alle cellule in un piatto di plastica dura in laboratorio. Ancora, i muscoli in via di sviluppo devono anticipare le forze elevate generate durante le contrazioni muscolari in futuro nella mosca adulta. Per prepararsi a questo, i muscoli reclutano molte molecole di talina e integrina nelle loro adesioni cellulari.

Gli scienziati hanno ridotto il numero di molecole di talina presenti nei muscoli di volo dei moscerini della frutta utilizzando metodi genetici molecolari. Le mosche erano ancora in grado di sopravvivere dopo l'intervento, ma le loro connessioni muscolo-tendinee si sono rotte durante i primi tentativi di volo, così le mosche non erano più in grado di volare. Questi risultati dimostrano che le connessioni tra le cellule devono adattarsi dinamicamente alle esigenze di ciascun tessuto per garantire una funzione permanente. Nel futuro, sarà emozionante esplorare come i segnali meccanici raggiungano il reclutamento del numero corretto di molecole nella posizione appropriata nelle cellule.