В человеческом теле содержится более триллиона клеток, большинство из которых связаны между собой клеткой и соседними клетками. Как, собственно, работают эти облигации? Что происходит, когда тяговое усилие применяется к этим связям? Как долго они ломаются? Значит ли лучшее понимание всех этих связей и их ответов на силу имеет последствия для борьбы с болезнями?
Сандживи Сивасанкар, ассистент кафедры физики и астрономии штата Айова, а также сотрудник лаборатории Эймс в лаборатории Министерства энергетики США, возглавляет исследовательскую группу, которая отвечает на эти вопросы, изучая биомеханику и биофизику белков, связывающих клетки вместе.
Исследователи обнаружили три типа связей, когда они подвергали обычные адгезионные белки (так называемые кадгерины) тянущей силе: идеальные, улавливающие и скользкие связи. Три облигации по-разному реагируют на эту силу: идеальные облигации не затронуты, ловить облигации дольше, а проскальзывание облигаций длится недолго.
Выводы были опубликованы только в онлайн-издании «Трудов Национальной академии наук».
Сиваскарк сказал, что идеальные связи – те, на которые не влияет тянущая сила – не были замечены ни в одном из предыдущих экспериментов. Исследователи обнаружили их, поскольку они наблюдали уловные связи, переходящие на проскальзывающие связи.
«Идеальные облигации похожи на наноразмерный амортизатор», – сказал Сивасанкар. «Они ослабили всю силу».
И др?
«Поймать облигации, как нанометный ремень безопасности», сказал он. «Когда они тянутся, они становятся сильнее. Скользящие облигации более условны; они ослабевают и ломаются, когда их тянут ».
В дополнение к Сивасанкару исследователи, опубликовавшие это открытие, – Сабясаки Ракшит, аспирант штата Айова по физике и астрономии, а также ассоциированный сотрудник Ames Laboratory; Кристине Манибог и Омер Шафраз, штатные докторанты штата Айова по физике и астрономии, а также студенты-ученики Ames Laboratory; и Юньсян Чжан, пост-докторант исследовательского университета Калифорнийского университета Калифорнийского института количественных биологических наук Беркли.
Проект был поддержан грантом в размере 308 000 долларов США от Американской кардиологической ассоциации, премией Василия О’Коннора в размере 150 000 долларов США от Фонда «Март Дейм» и фондов запуска штата Айова штата Сиваскарк.
Исследователи сделали свое открытие, взяв измерения одной молекулы с помощью атомно-силового микроскопа. Они покрывали наконечник микроскопа и поверхность кадгеринами, опускали наконечник на поверхность, чтобы могли образоваться связи, вытащили наконечник назад, удерживали его и измеряли, как долго длится связь с постоянным тяговым усилием.
Исследователи предполагают, что связывание клеток «является динамическим процессом; кадгерины адаптируют их адгезию в ответ на изменения механических свойств окружающей среды », – говорится в документе.
Например, если вы нарезаете палец, клетки, заполняющие рану, могут использовать уловные связи, которые сопротивляются растяжениям и усилиям, нанесенным на рану. По мере того как силы уходят с исцелением, клетки могут перейти к идеальным связям, а затем проскочить связи.
Сиваскарк сказал, что проблемы с клеточной адгезией могут привести к заболеваниям, включая раковые заболевания и сердечно-сосудистые проблемы.
И поэтому Сивасанкар сказал, что исследовательская группа проводит другие исследования связей между клетками: «Это начало многого, чтобы быть узнанным о роли этих типов взаимодействий в здоровой физиологии, а также о болезнях, таких как рак».