Illustrazioni di legami di meccanotrasduzione cellulare e test di manipolazione di singole molecole Pannello superiore:schizzo di una cellula attaccata a una matrice extracellulare attraverso i suoi legami di meccanotrasduzione supramolecolare. Pannello centrale:uno schizzo ingrandito di una tipica interazione intermolecolare, dove i domini della molecola possono essere strutturati (piegati) o non strutturati (spiegati) in maniera dipendente dalla forza. La stabilità meccanica dell'interfaccia intermolecolare determina la durata meccanica del legame. Pannello inferiore:schizzo del saggio di manipolazione della singola molecola. I domini di interfaccia di due molecole sono collegati con un lungo linker di catena peptidica non strutturato flessibile. Una rottura dell'interfaccia induce un enorme cambiamento di estensione della molecola (∆H), che può essere facilmente rilevato (usando pinzette magnetiche). Credito:Università Nazionale di Singapore
I biofisici del NUS hanno sviluppato un saggio di manipolazione in grado di quantificare la stabilità meccanica e le regolazioni biochimiche delle interazioni intermolecolari a livello di singola molecola.
La meccanotrasduzione è un processo fisiologico critico mediante il quale le cellule percepiscono gli stimoli meccanici e li traducono in reazioni biochimiche e biologiche. Questo processo è responsabile di una serie di sensi nel corpo, compreso il tocco, equilibrio e udito. Le cellule utilizzano un insieme di vari legami di trasmissione di forza supramolecolari per la meccanotrasduzione. Un legame comprende tipicamente poche proteine legate in modo non covalente che sono soggette a forze intracellulari. Sondando le regolazioni meccaniche e biochimiche di questi legami di trasmissione di forza, possiamo comprendere meglio i meccanismi molecolari coinvolti che consentono alle cellule di reagire ai cambiamenti esterni.
Il team di ricerca composto dal Prof Jie YAN del Dipartimento di Fisica e Meccanobiologia Institute, NU, e i suoi colleghi di ricerca, Dott. Shimin LE e Dott. Miao YU, ha sviluppato un saggio di manipolazione che consente la misurazione diretta della stabilità meccanica e delle regolazioni biochimiche tra molecole proteiche in diverse condizioni ambientali. Usando questo saggio, hanno studiato sistematicamente diverse interfacce intermolecolari che svolgono ruoli cruciali nella meccanotrasduzione cellulare. I risultati della loro ricerca mostrano che c'è una stabilità meccanica sorprendentemente elevata in queste interfacce. Questa stabilità consente il corretto funzionamento delle funzioni cellulari che coinvolgono la trasmissione della forza a livello molecolare.
Il saggio di manipolazione è come una lunga corda flessibile per legare le due molecole da misurare. Le due molecole sono aderite l'una all'altra (stato accoppiato) nello stato iniziale. Quando l'interazione intermolecolare viene interrotta da una forza meccanica, le molecole si separano (stato spaiato). Le molecole separate sono mantenute vicine l'una all'altra dalla corda flessibile, permettendo loro di riassociarsi dopo che la forza è diminuita. La separazione delle molecole provoca un grande cambiamento graduale dell'estensione della molecola lungo la direzione della forza, che può essere misurato (vedi figura). Usando questo metodo, si può quantificare la stabilità meccanica dell'interfaccia tra le due molecole.
Il professor Yan ha detto, "Gli sforzi precedenti per comprendere i meccanismi molecolari alla base del meccanosensore si sono concentrati principalmente sulla comprensione delle singole proteine che costituiscono i legami e le proteine che interagiscono con questi legami. Tuttavia, i ruoli dei legami di trasmissione di forza che collegano queste proteine insieme sono rimasti in gran parte inesplorati. Concentrandosi su questi collegamenti di trasmissione della forza, possiamo ottenere una visione più sistematica dei meccanismi di meccanosensing all'interno di una cellula. Ciò può anche portare allo sviluppo di nuovi approcci per modulare la meccanotrasduzione che mira a questi collegamenti".
"Il saggio a singola molecola sviluppato in questi studi può essere esteso per quantificare la stabilità meccanica di qualsiasi interfaccia intermolecolare che porta forza. Può anche essere potenzialmente utilizzato per cercare composti farmaceutici che possono alterare la stabilità meccanica di interfacce intermolecolari selezionate, " ha aggiunto il dottor Le.
