Ilustraciones de los enlaces de mecanotransducción celular y el ensayo de manipulación de una sola molécula Panel superior:esquema de una célula adherida a una matriz extracelular a través de sus enlaces de mecanotransducción supramolecular. Panel central:un boceto ampliado de interacciones intermoleculares típicas, donde los dominios de la molécula se pueden estructurar (plegar) o desestructurar (desplegar) de una manera dependiente de la fuerza. La estabilidad mecánica de la interfaz intermolecular determina la vida útil mecánica del enlace. Panel inferior:esquema del ensayo de manipulación de una sola molécula. Los dominios de interfaz de dos moléculas están conectados con un enlazador de cadena de péptidos no estructurado, flexible y largo. Una ruptura de la interfaz induce un gran cambio de extensión de la molécula (∆H), que se pueden detectar fácilmente (con pinzas magnéticas). Crédito:Universidad Nacional de Singapur
Los biofísicos de NUS han desarrollado un ensayo de manipulación que puede cuantificar la estabilidad mecánica y las regulaciones bioquímicas de las interacciones intermoleculares a nivel de una sola molécula.
La mecanotransducción es un proceso fisiológico crítico mediante el cual las células detectan estímulos mecánicos y los traducen en reacciones bioquímicas y biológicas. Este proceso es responsable de una serie de sentidos en el cuerpo, incluido el tacto, equilibrio y audición. Las células utilizan un conjunto de varios enlaces supramoleculares de transmisión de fuerza para la mecanotransducción. Un enlace comprende típicamente algunas proteínas unidas no covalentemente que están sujetas a fuerzas intracelulares. Al sondear las regulaciones mecánicas y bioquímicas de estos vínculos de transmisión de fuerza, podemos comprender mejor los mecanismos moleculares involucrados que permiten que las células reaccionen a los cambios externos.
El equipo de investigación formado por el profesor Jie YAN del Departamento de Física y Mecanobiología del Instituto, NUS, y sus compañeros de investigación, Dr. Shimin LE y Dr. Miao YU, ha desarrollado un ensayo de manipulación que permite la medición directa de la estabilidad mecánica y las regulaciones bioquímicas entre moléculas de proteínas en diferentes condiciones ambientales. Usando este ensayo, Han investigado sistemáticamente varias interfaces intermoleculares que desempeñan papeles cruciales en la mecanotransducción celular. Los resultados de su investigación muestran que hay una estabilidad mecánica sorprendentemente alta en estas interfaces. Esta estabilidad permite el correcto funcionamiento de las funciones celulares que implican la transmisión de fuerzas a nivel molecular.
El ensayo de manipulación es como una cuerda larga y flexible para atar las dos moléculas que se miden. Las dos moléculas se adhieren entre sí (estado emparejado) en el estado inicial. Cuando la interacción intermolecular se rompe bajo una fuerza mecánica, las moléculas se separan (estado no apareado). Las moléculas separadas se mantienen próximas entre sí mediante la cuerda flexible, permitiéndoles volver a emparejarse después de que se reduce la fuerza. La separación de las moléculas provoca un gran cambio gradual de la extensión de la molécula a lo largo de la dirección de la fuerza, que se puede medir (ver Figura). Usando este método, se puede cuantificar la estabilidad mecánica de la interfaz entre las dos moléculas.
El profesor Yan dijo:"Los esfuerzos anteriores para comprender los mecanismos moleculares subyacentes a la mecanosensibilidad se han centrado principalmente en comprender las proteínas individuales que constituyen los enlaces y las proteínas que interactúan con estos enlaces. Sin embargo, las funciones de los vínculos de transmisión de fuerza que conectan estas proteínas han permanecido en gran parte sin explorar. Al centrarse en estos vínculos de transmisión de fuerza, podemos obtener una visión más sistemática de los mecanismos de detección mecánica dentro de una célula. Esto también puede conducir al desarrollo de nuevos enfoques para modular la mecanotransducción que se dirige a estos vínculos ".
"El ensayo de molécula única desarrollado en estos estudios se puede ampliar para cuantificar la estabilidad mecánica de cualquier interfaz intermolecular portadora de fuerza. También se puede utilizar potencialmente para buscar compuestos farmacéuticos que puedan alterar la estabilidad mecánica de interfaces intermoleculares seleccionadas, "añadió el Dr. Le.
