Biofisici meccanismo di misura che determina il destino delle cellule viventi

Maggio 18, 2016 Admin Salute 0 0
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Le cellule nel corpo umano non funzionano in modo isolato. Le cellule viventi si basano sulla comunicazione con l'ambiente - le cellule vicine e la matrice circostante - per attivare una vasta gamma di funzioni cellulari, tra cui la riproduzione di nuove cellule, differenziazione delle cellule staminali in tipi di cellule diverse, adesione cellulare, e la migrazione dei globuli bianchi cellule per combattere le infezioni del corpo. Questa comunicazione cellulare si verifica a livello molecolare ed è reciproco: una cellula riceve spunti da e inoltre trasmette spunti funzione-attivazione per i suoi vicini.

La meccanica di questo tipo di interazione cellulare sono stati studiati approfonditamente: recettori si estendono attraverso la membrana cellulare vengono attivati ​​quando formano un legame a molecole specifiche. Ora per la prima volta, Università di Illinois biofisici presso il Centro per la Fisica delle cellule viventi e l'Istituto di Biologia Genomica hanno misurato la forza molecolare richiesta per trasmettere meccanicamente segnali di funzione di regolazione all'interno di una cella.




Il nuovo metodo di laboratorio, denominato la cavezza misuratore di tensione (TGT) approccio, sviluppato da Taekjip Ha con ricercatore post-dottorato Xuefeng Wang, e riportata nel 24 maggio 2013, numero della rivista Science, ha permesso di rilevare e misurare la meccanica dell'interazione singola molecola con cui recettori cellulari umane sono attivati. I ricercatori hanno utilizzato integrina, una proteina recettore di membrana cellulare che viene attivato quando si lega ad una molecola ligando.

Nell'approccio TGT, Ha e Wang riproposto filamenti di DNA, utilizzandole come attacchi per le molecole ligando, per testare la tensione necessaria per attivare l'adesione cellulare attraverso l'integrina. Le obbligazioni integrine al ligando tethered, e l'adesione si attiva solo se il tether DNA non si rompe.

Sfruttando le caratteristiche geometriche della forma doppia elica del DNA, i ricercatori sono stati in grado di sintonizzare i fili a rottura a livelli di tensione discreti: variando i punti di fissaggio lungo i filamenti di DNA, la forza necessaria per la rottura era o bassa (decompressione l'elica) , alto (taglio i fili), o l'intermediario (combinazione di decompressione e di taglio).

"Se si è andato pesca e un pesce rotto il filo da pesca di 30 libbre, ma non quello di 40 libbre, si sa che la sua forza è nel range di 30-40 chili", ha spiegato Wang. "Qui abbiamo applicato la stessa strategia per misurare la tensione molecolare applicata dalle cellule (il pesce). Le cellule di mammiferi applicano una forza di attivare le proteine ​​di membrana delle cellule chiamate integrine che mediano l'adesione cellulare. Abbiamo immobilizzato molecole leganti (l'esca) su una superficie attraverso molecolare pastoie (la linea di pesca) con tolleranze di tensione definiti, regolabili da 10 pico Newton (PN) a 60 PN). Dopo il legame integrina-ligando, cellule applicano una forza sulle obbligazioni, e che compariamo questa forza alla forza tether molecolare osservando stato di adesione cellulare. "

Poiché le interazioni singola molecola sono difficili da monitorare, i ricercatori hanno osservato la funzione cellulare del recettore-regolato, per valutare se l'integrina è stato attivato. Ha e Wang hanno scoperto che l'integrina sperimenta un "quantum di forza," ben definito circa 40 pico-Newton (PN), per attivare l'adesione delle cellule a una superficie.

"Abbiamo osservato che le cellule di mammifero aderiscono sulla superficie cultura con 43 pN tolleranza tensione di ligandi, ma non sulla superficie di 33 pN. Perciò dedotto che la tensione molecolare singolo è di circa 40 PN su integrina recettori delle cellule-membrana durante la adesione cellulare," ha aggiunto Wang .

"Questo è un risultato molto eccitante," ha commentato Ha un Edward William e Jane Marr Gutgsell Dotati Professore presso Illinois. "Con la possibilità di definire le forze molecolari singole richieste per far vivere le cellule si comportano come si desidera, possiamo essere un passo avanti verso un rimedio per alcune malattie difficili da curare. Sappiamo che il comportamento delle cellule tumorali e le cellule staminali possono essere controllata da quanto rigida o morbida loro ambienti sono. Comprendere e manipolare conversazione molecolare attraverso le forze definite ha enormi implicazioni per lo sviluppo di interventi medici in futuro. Ci aspettiamo che l'approccio TGT avrà ampie applicazioni in studi di laboratorio di differenziazione cellulare, metastasi del cancro, come pure come immunologia e malattie infettive ".

Questa ricerca è stata finanziata dalla National Science Foundation attraverso il Centro programma di fisica Frontiers (0.822.613). Oltre alla sua nomina presso la University of Illinois, Taekjip Ha è un investigatore con l'Howard Hughes Medical Institute.

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