La estructura de células, tejidos y órganos se mantiene mediante moléculas de adhesión célula-célula que conectan células opuestas. Las cadherinas son una clase de moléculas de adhesión célula-célula esenciales para la formación e integridad de los tejidos, y los defectos en la función de las cadherinas causan diversas enfermedades (p. ej., invasión del cáncer). La cadherina sobresale de la superficie celular y se une a otra cadherina en una célula opuesta para mediar en la adhesión célula-célula. El proceso de unión de cadherina comprende principalmente dos pasos de dimerización:formación de dímero X y formación de dímero de intercambio de cadena (SS-) de los dominios extracelulares (ectodominios) de cadherina. Sin embargo, también se han propuesto interacciones distintas de las que implican la formación de los dímeros X y SS, y el mecanismo de unión preciso de la cadherina sigue siendo controvertido.

Shigetaka Nishiguchi de ExCELLS, Takayuki Uchihashi de ExCELLS y la Universidad de Nagoya, y Tadaomi Furuta de Tokyo Tech aplicaron microscopía de fuerza atómica de alta velocidad (HS-AFM) para explorar el mecanismo de unión de las cadherinas. HS-AFM puede permitir la visualización de estructuras y dinámicas de una sola molécula en solución a escala nanométrica con una resolución de tiempo de menos de un segundo al tocar y escanear directamente la superficie de las proteínas a través de una sonda de punta afilada. HS-AFM reveló que las cadherinas existían como estructuras diméricas múltiples, que en función de su morfología pueden clasificarse como dímeros en forma de W, cruz y S.

Además, los científicos realizaron análisis de modelos mutacionales y estructurales y descubrieron que los dímeros en forma de cruz y W se correspondían con dímeros SS y dímeros similares a X conocidos y que el dímero en forma de S es una conformación novedosa. Los procesos de unión de cadherinas visualizados directamente por HS-AFM también revelaron que el proceso de dimerización se completa en un segundo a través de la conversión en los tres tipos de estructuras diméricas antes mencionadas. Con base en estas observaciones de HS-AFM, los científicos plantearon la hipótesis de que el mecanismo de unión progresa a través del movimiento deslizante del dímero en forma de S seguido del movimiento de volteo del dímero X para formar el dímero SS, que se cree que es el final. dímero de cadherina estable.

Hasta la fecha, el mecanismo de unión de las cadherinas se ha investigado principalmente mediante análisis estructurales y mediciones de células y soluciones, que solo pueden analizar los estados de unión reflejados por la gran cantidad de cadherinas. La técnica HS-AFM recientemente aplicada reveló los procesos de unión de cadherinas individuales con una resolución de molécula única, lo que no se había logrado antes. La observación de HS-AFM allanará el camino para una comprensión más profunda del mecanismo de unión de las cadherinas, que es importante para la organización a nivel de tejidos y órganos y las enfermedades relacionadas con la adhesión de células.

La investigación fue publicada en Proceedings of the National Academy of Sciences . + Explora más

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