Investigadores del Mechanobiology Institute MBI de la Universidad Nacional de Singapur han desarrollado un nuevo método, utilizando microscopía de súper resolución, para determinar la longitud de las proteínas estiradas en las células vivas y monitorear la unión dinámica de las proteínas, ensegundas escalas de tiempo. Este estudio fue publicado en Nano letras en mayo de 2016.
Monitorización del estiramiento de talina inducido por la fuerza y la unión dinámica de la vinculina a la talina
Las células están constantemente expuestas a fuerzas mecánicas. Estas señales influyen en la toma de decisiones celulares al proporcionar información que las células necesitan para determinar qué cantidad de una proteína en particular se debe producir, cuándo se debe expresar un gen específico, o incluso si una célula debe moverse o permanecer dondees. Dicha información es crucial, por ejemplo, para mantener la salud, la integridad y la reparación de los tejidos a medida que envejecemos. Un ejemplo claro de cuándo las células están expuestas a las fuerzas es cuando caminamos. Se generan fuerzas de estiramiento o tracción dentro de nuestros músculos,y estos se pasan a través del músculo al tejido conectivo y al hueso. Aunque esta información se genera a nivel de tejido, converge en células individuales dentro de esos tejidos, y se detecta y mide mediante máquinas subcelulares basadas en proteínas.
Para medir las fuerzas aplicadas a una célula, las proteínas especializadas pueden deformarse. Una forma común de que esto ocurra es cuando se estira una proteína, al igual que se estira una banda elástica cuando se somete a fuerzas de tracción. El estiramiento de proteínas puede exponer regiones dentro delos que están ocultos de otra manera. Estas regiones pueden servir como sitios de acoplamiento para la unión de otras proteínas. Esto lleva a un efecto de bola de nieve, en el que más y más proteínas pueden unirse, y se forman complejos moleculares más grandes o máquinas para mediar una función celular específicaEste fenómeno fue explorado recientemente por el director de MBI, el profesor Michael Sheetz, el investigador principal Dr. Félix Margadant y la estudiante de doctorado Xian Hu Edna, en un trabajo centrado en caracterizar el estiramiento de una proteína sensible a la fuerza conocida como talina, y establecer elefecto que tiene sobre la unión de otra proteína llamada vinculina.
Aunque varios estudios han demostrado el estiramiento inducido por la fuerza de la unión de talina y talin-vinculina in vitro, la visualización simultánea de ambos eventos y su correlación con funciones celulares específicas no era posible previamente en células vivas debido a las rápidas escalas de tiempo en las queAdemás, llevar a cabo imágenes multicolores de súper resolución en células vivas sigue siendo muy difícil. Para superar estos desafíos, el profesor Sheetz y la Sra. Hu desarrollaron un novedoso y altamente avanzado método de imágenes de súper resolución que les permitió monitorear simultáneamente la longitud del talino.en células vivas, así como la dinámica de la unión de vinculina, a nivel de molécula única y escala de tiempo de milisegundos.
Al unir diferentes moléculas fluorescentes GFP y mCherry, a cada extremo de la talina y un tercer fluoróforo Atto655 a la vinculina, los investigadores pudieron monitorear la ubicación subcelular precisa de cada proteína y confirmar que cuando se estiraba la talina,vinculina unida a sitios recientemente expuestos. Curiosamente, sus hallazgos a menudo revelaron unión agrupada, con cinco o más moléculas de vinculina uniéndose a talina en un segundo. Además, la unión de las primeras vinculinas pareció favorecer enérgicamente la unión sucesiva de más moléculas de vinculina.Correlacionando la dinámica de unión de la vinculina con la cantidad de estiramiento de la talina, los investigadores notaron que la unión máxima de la vinculina se produjo en un extremo específico de la talina la región N-terminal, cuando la talina se estiró a aproximadamente 180 nm.
Comprender cómo la talina y la vinculina responden a las fuerzas de estiramiento es crucial para comprender cómo las células responden a las fuerzas en nuestros cuerpos. En este caso, ambas proteínas se encuentran en maquinaria molecular más grande llamada adherencias focales, que conectan físicamente el interior de una célula con elmaterial que rodea la célula, la matriz extracelular. Las adherencias focales funcionan principalmente como centros de transmisión de señales, y la información que transfieren puede inducir el crecimiento y el movimiento celular. Cuando este procesamiento de señales se interrumpe o no se regula, surgen estados de enfermedad yla capacidad del cuerpo para curar heridas o mantener la integridad del tejido a medida que envejecemos se ve afectada.
Aunque es importante para facilitar estos procesos celulares y tisulares más amplios, la interacción talina-vinculina es solo una de las muchas interacciones de proteínas para responder a la fuerza. Se espera que este método recientemente descrito allane el camino para que los investigadores diseccionen otras interacciones de proteínas,tanto dentro de las adherencias focales como en otras máquinas moleculares, para mejorar nuestra comprensión de los muchos procesos celulares impulsados por la fuerza que surgen durante el desarrollo y continúan hasta el envejecimiento.
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Materiales proporcionado por Universidad Nacional de Singapur . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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