DNA autonomo Attivazione del nano-verricello della segnalazione dell'integrina. A L'integrina del recettore transmembrana (blu) esiste come eterodimero αβ compatto. Le integrine trasmettono sollecitazioni meccaniche applicate, comprese tra 1 e 15 pN, e reclutano proteine aggiuntive per assemblare adesioni focali inclusa la Focal Adhesion Kinase (FAK), che diventa fosforilata al residuo Y397 dopo la stimolazione meccanica dell'integrina. L'aggiunta di due anticorpi con le etichette del donatore, D e dell'accettore, A, consente il rilevamento di FAK fosforilato in un test LRET. Entrambi gli anticorpi si legano al FAK fosforilato (Y397-P) provocando un segnale LRET elevato rilevabile, mentre solo un singolo anticorpo si lega in assenza di fosforilazione producendo un segnale LRET basso. Le cellule B MCF-7 in sospensione erano 1, controllo non trattato, 2, incubate con oligonucleotide coniugato con RGD, 3, incubate con origami pistone-cilindro funzionalizzato con cRGD, 4, incubate con Nano-verricelli non funzionalizzati, 5, incubate con cRGD funzionalizzato Nano verricello. Le cellule sono state quindi lisate e fosforilazione FAK. Il segnale di fondo, R0 , dei soli anticorpi è stato sottratto dal segnale delle cellule lisate in condizioni sperimentali e di controllo calcolate dai rapporti delle intensità di fluorescenza dell'accettore e del donatore, RAD . I risultati sono la media di almeno tre esperimenti indipendenti. Le barre di errore rappresentano la deviazione standard, la significatività statistica è stata determinata mediante analisi unidirezionale della varianza rispetto al controllo non trattato (***P < 0,001). Credito:Comunicazioni sulla natura (2022). DOI:10.1038/s41467-022-30745-2, https://www.nature.com/articles/s41467-022-30745-2
Costruire un minuscolo robot a partire dal DNA e usarlo per studiare processi cellulari invisibili ad occhio nudo... Saresti perdonato se pensi che sia fantascienza, ma in realtà è oggetto di seria ricerca da parte di scienziati di Inserm, CNRS e Université de Montpellier presso il Centro di Biologia Strutturale di Montpellier. Questo "nano-robot" altamente innovativo dovrebbe consentire uno studio più approfondito delle forze meccaniche applicate a livello microscopico, che sono cruciali per molti processi biologici e patologici. È descritto in un nuovo studio pubblicato su Nature Communications .
Le nostre cellule sono soggette a forze meccaniche esercitate su scala microscopica, innescando segnali biologici essenziali per molti processi cellulari coinvolti nel normale funzionamento del nostro organismo o nello sviluppo di malattie.
Ad esempio, la sensazione del tatto è in parte subordinata all'applicazione di forze meccaniche su specifici recettori cellulari (la cui scoperta è stata quest'anno premiata dal Premio Nobel per la Fisiologia o la Medicina). Oltre al tatto, questi recettori sensibili alle forze meccaniche (noti come meccanocettori) consentono la regolazione di altri processi biologici chiave come la costrizione dei vasi sanguigni, la percezione del dolore, la respirazione o persino il rilevamento di onde sonore nell'orecchio, ecc.
La disfunzione di questa meccanosensibilità cellulare è coinvolta in molte malattie, ad esempio il cancro:le cellule tumorali migrano all'interno del corpo suonando e adattandosi costantemente alle proprietà meccaniche del loro microambiente. Tale adattamento è possibile solo perché le forze specifiche sono rilevate dai meccanocettori che trasmettono le informazioni al citoscheletro cellulare.
Al momento, la nostra conoscenza di questi meccanismi molecolari coinvolti nella meccanosensibilità cellulare è ancora molto limitata. Sono già disponibili diverse tecnologie per applicare forze controllate e studiare questi meccanismi, ma presentano una serie di limitazioni. In particolare, sono molto costosi e non ci consentono di studiare più recettori cellulari alla volta, il che rende il loro utilizzo molto dispendioso in termini di tempo se vogliamo raccogliere molti dati.
Strutture di origami del DNA
Per proporre un'alternativa, il gruppo di ricerca guidato dal ricercatore dell'Inserm Gaëtan Bellot presso il Centro di Biologia Strutturale (Inserm/CNRS/Université de Montpellier) ha deciso di utilizzare il metodo dell'origami del DNA. Ciò consente l'autoassemblaggio di nanostrutture 3D in una forma predefinita utilizzando la molecola di DNA come materiale da costruzione. Negli ultimi dieci anni, la tecnica ha consentito importanti progressi nel campo delle nanotecnologie.
Ciò ha consentito ai ricercatori di progettare un "nano-robot" composto da tre strutture di origami di DNA. Di dimensioni nanometriche, è quindi compatibile con le dimensioni di una cellula umana. Consente per la prima volta di applicare e controllare una forza con una risoluzione di 1 piconewton, ovvero un trilionesimo di Newton, con 1 Newton corrispondente alla forza di un dito che fa clic su una penna. Questa è la prima volta che un oggetto basato sul DNA autoassemblato creato dall'uomo può applicare forza con questa precisione.
Il team ha iniziato accoppiando il robot con una molecola che riconosce un meccanocettore. Ciò ha permesso di dirigere il robot verso alcune delle nostre cellule e di applicare in modo specifico forze a meccanocettori mirati localizzati sulla superficie delle cellule per attivarli.
Tale strumento è molto prezioso per la ricerca di base, in quanto potrebbe essere utilizzato per comprendere meglio i meccanismi molecolari coinvolti nella meccanosensibilità cellulare e scoprire nuovi recettori cellulari sensibili alle forze meccaniche. Grazie al robot, gli scienziati potranno anche studiare con maggiore precisione in quale momento, quando si applica la forza, vengono attivate a livello cellulare le principali vie di segnalazione per molti processi biologici e patologici.
"Il progetto di un robot che consenta l'applicazione in vitro e in vivo delle forze di piconewton soddisfa una domanda crescente nella comunità scientifica e rappresenta un importante progresso tecnologico. Tuttavia, la biocompatibilità del robot può essere considerata sia un vantaggio per le applicazioni in vivo, sia può anche rappresentare un punto debole con la sensibilità agli enzimi che possono degradare il DNA. Quindi il nostro prossimo passo sarà studiare come possiamo modificare la superficie del robot in modo che sia meno sensibile all'azione degli enzimi. Cercheremo anche di trovarne altri modalità di attivazione del nostro robot utilizzando, ad esempio, un campo magnetico", afferma Bellot. + Esplora ulteriormente
