Le immagini HS-AFM dei dimeri della caderina sono mostrate in alto. Il meccanismo di legame delle caderine è illustrato in basso sulla base delle osservazioni HS-AFM. Credito:Shigetaka Nishiguchi degli scienziati presso il Centro di ricerca esplorativa sulla vita e sui sistemi viventi (ExCELLS)
La struttura di cellule, tessuti e organi è mantenuta da molecole di adesione cellula-cellula che collegano le cellule opposte. Le caderine sono una classe di molecole di adesione cellula-cellula essenziali per la formazione e l'integrità dei tessuti e i difetti nella funzione delle caderine causano varie malattie (ad esempio, l'invasione del cancro). La caderina sporge dalla superficie cellulare e lega un'altra caderina su una cellula opposta per mediare l'adesione cellula-cellula. Il processo di legame della caderina comprende principalmente due fasi di dimerizzazione:formazione del dimero X e formazione del dimero di scambio di filamenti (SS-) dei domini extracellulari (ectodomini) della caderina. Tuttavia, sono state proposte anche interazioni diverse da quelle che coinvolgono la formazione dei dimeri X e SS e il preciso meccanismo di legame della caderina rimane controverso.
Shigetaka Nishiguchi di ExCELLS, Takayuki Uchihashi di ExCELLS e Nagoya University e Tadaomi Furuta di Tokyo Tech hanno applicato la microscopia a forza atomica ad alta velocità (HS-AFM) per esplorare il meccanismo di legame delle caderine. HS-AFM può consentire la visualizzazione di strutture e dinamiche a singola molecola in soluzione su scala nanometrica con risoluzione temporale inferiore al secondo toccando e scansionando direttamente la superficie delle proteine attraverso una sonda a punta affilata. HS-AFM ha rivelato che le caderine esistevano come strutture dimeriche multiple, che in base alla loro morfologia possono essere classificate come dimeri a forma di W, croce e S.
Inoltre, gli scienziati hanno condotto analisi di modelli mutazionali e strutturali e hanno scoperto che i dimeri a forma di W ea croce corrispondevano a dimeri SS e dimeri simili a X noti e che il dimero a forma di S è una nuova conformazione. I processi di legame delle caderine visualizzati direttamente da HS-AFM hanno anche rivelato che il processo di dimerizzazione è completato entro un secondo attraverso la conversione nei suddetti tre tipi di strutture dimeriche. Sulla base di queste osservazioni HS-AFM, gli scienziati hanno ipotizzato che il meccanismo di legame progredisca attraverso il movimento di scorrimento del dimero a forma di S seguito dal movimento di ribaltamento dell'X-dimero per formare il SS-dimero, che si pensa sia l'ultimo dimero di caderina stabile.
Ad oggi, il meccanismo di legame delle caderine è stato studiato principalmente utilizzando analisi strutturali e misurazioni di cellule e soluzioni, che possono solo analizzare gli stati di legame riflessi dal gran numero di caderine. La tecnica HS-AFM appena applicata ha rivelato i processi di legame delle singole caderine a risoluzione di una singola molecola, cosa che non era stata raggiunta prima. L'osservazione di HS-AFM aprirà la strada a una comprensione più profonda del meccanismo di legame delle caderine, che è importante per l'organizzazione a livello di organi e tessuti e per le malattie legate all'adesione cellula-cellula.
La ricerca è stata pubblicata in Proceedings of the National Academy of Sciences . + Esplora ulteriormente
