Los músculos están conectados a los tendones para impulsar los movimientos de los animales, como correr, nadar o volar. Las fuerzas son producidas por cadenas contráctiles de las proteínas actina y miosina, que tiran de las conexiones músculo-tendinosas llamadas uniones. Durante el desarrollo animal, estas uniones entre los músculos y los tendones deben establecerse de manera que resistan las fuerzas mecánicas elevadas durante toda la vida del animal. Un equipo interdisciplinario de investigadores de Marsella (Francia), Munich y Münster (ambos Alemania) ahora han podido cuantificar las fuerzas mecánicas transmitidas por una proteína de unión clave llamada Talin.

Los investigadores utilizaron los músculos de vuelo de la mosca de la fruta Drosophila para estas mediciones de fuerza molecular y encontraron que una proporción sorprendentemente pequeña de moléculas de Talin experimenta fuerzas detectables en el desarrollo de las uniones entre los músculos y los tendones. También encontraron que los músculos se ocupan de las crecientes fuerzas de los tejidos reclutando una gran cantidad de moléculas de Talin para los aditamentos. De esta manera, muchas moléculas de Talin pueden compartir dinámicamente las fuerzas máximas altas producidas durante las contracciones musculares, por ejemplo mientras vuela. "Este concepto de adaptación mecánica garantiza que las conexiones músculo-tendón puedan durar toda la vida, "dice Sandra Lemke, un doctorado estudiante de biología en el Instituto Max Planck de Bioquímica que llevó a cabo la mayoría de los experimentos. El estudio fue dirigido por el Dr. Frank Schnorrer del Instituto de Biología del Desarrollo de la Universidad de Aix-Marseille y el Prof. Dr. Carsten Grashoff de la Universidad de Münster. Estos nuevos resultados se han publicado en la revista PLOS Biología .

Las adherencias basadas en integrinas son estructuras de detección de fuerzas importantes de las células animales para sentir y resistir las fuerzas mecánicas. Los receptores de integrina son un componente importante de tales estructuras que se encuentran en la superficie celular y sondean el ambiente fuera de la célula y se unen a un extremo de Talin dentro de la célula. El otro extremo de Talin se une al citoesqueleto contráctil de actina-miosina, por lo que Talin está en la ubicación perfecta para procesar fuerzas moleculares. Por lo tanto, los investigadores insertaron un sensor de fuerza fluorescente en la proteína talina para investigar las fuerzas moleculares utilizando métodos de microscopía.

Estudios anteriores del grupo de investigación encabezado por Carsten Grashoff en el Instituto de Biología Celular Molecular de la Universidad de Münster ya habían demostrado que el 70 por ciento de todas las moléculas de Talin están expuestas a fuerzas elevadas en las llamadas adherencias focales. cuando las células se colocan sobre sustratos de plástico duro o vidrio en el laboratorio. Por lo tanto, los resultados de este nuevo estudio son muy sorprendentes:menos del 15 por ciento de las moléculas de Talin "sintieron" fuerzas mensurables en el desarrollo de las uniones musculares en un organismo intacto. Es importante saber que un músculo conectado a las células del tendón se encuentra en un entorno mucho más suave en comparación con las células en un plato de plástico duro en el laboratorio. Todavía, Los músculos en desarrollo deben anticipar las fuerzas elevadas generadas durante las contracciones musculares en el futuro en la mosca adulta. Para prepararse para eso, los músculos reclutan muchas moléculas de Talin e Integrin en sus adherencias celulares.

Los científicos redujeron la cantidad de moléculas de talina presentes en los músculos de vuelo de las moscas de la fruta utilizando métodos genéticos moleculares. Las moscas aún pudieron sobrevivir después de la intervención, pero sus conexiones músculo-tendinosas se rompieron durante los primeros intentos de vuelo, por lo que las moscas ya no podían volar. Estos resultados demuestran que las conexiones entre las células deben adaptarse dinámicamente a las necesidades de cada tejido para garantizar una función de por vida. En el futuro, Será emocionante explorar cómo las señales mecánicas logran el reclutamiento del número correcto de moléculas en la ubicación adecuada en las células.