Белковые нанокластеры защищают клетки от механического стресса и связанных с ним заболеваний, таких как мышечная дистрофия

Ученые из USC Dornsife College of Letters, Arts and Sciences обнаружили, что белок эмерин реагирует на вредные механические силы, воздействующие на клетку, собираясь в группы — так называемые «нанокластеры».

Ключевые выводы:

«Перестройка эмерина в нанокластеры критически важна для правильной адаптации ядра к механическому стрессу. Фактически, клетки без эмерина или с дефектными сборками эмерина не могли адекватно реагировать на механический стресс», — говорит Фабьен Пина, соавтор исследования.

Эмерин — ключевой молекулярный игрок в способности клеток справляться с механическим стрессом, и для правильной реакции на эти силы он должен функционировать нормально.

  • Исследователи обнаружили, что мутантные формы эмерина, вызывающие Emery-Dreifuss muscular dystrophy (EDMD), не способны к правильной самоорганизации, что делает клеточное ядро «бессильным в ответе на механические вызовы».
  • Эти результаты дают дополнительные доказательства и понимание роли эмерина в развитии EDMD.

О заболевании:

Emery-Dreifuss muscular dystrophy (EDMD) — редкое генетическое заболевание, поражающее мышцы.

  • Симптомы обычно проявляются к 10 годам и со временем прогрессируют.
  • Ранние симптомы включают слабость и дегенерацию мышц ног, рук и плеч, а также тугоподвижность суставов. Позже часто поражаются сердце и дыхательные мышцы.
  • Пациенты часто становятся зависимыми от инвалидной коляски и другой помощи и обычно умирают в среднем возрасте.

Методология исследования:

Для проверки роли эмерина аспиранты лаборатории Пино, включая Энтони Фернандеса, вызывали механический стресс в клетках, заставляя их принимать необычную прямоугольную форму. Затем с помощью высокоразрешающей микроскопии они наблюдали за реакцией эмерина.

  • Исследователям удалось получить изображения эмерина в клетках с беспрецедентным ранее разрешением.
  • Сверхвысокое разрешение позволило увидеть, как эмерин перестраивается на молекулярном масштабе всего в несколько нанометров.

«Изменение формы клеток и использование передовых методов микроскопии были ключевыми для демонстрации того, что реорганизация эмерина в масштабе нескольких нанометров критически важна для адаптации клетки и её выживания при изменении механических условий, например, при работе мышц», — пояснил Пина.

Значение работы:

Исследование дает более глубокое понимание важности ядра в реакции на механический стресс.

«Обычно думают, что ядро просто хранит наш генетический материал. Наши результаты показывают, насколько важно ядро для механического ответа клетки и что само ядро должно адаптироваться к механическим вызовам, чтобы предотвратить повреждение и гибель клетки», — отметил Пина.

Работа также демонстрирует важную роль передовой визуализации в раскрытии механизмов работы клеток и возникновения болезней.

«Мы показали, что эти crucial reorganizations происходят всего на нескольких десятках нанометров — масштабе, недоступном для обычной оптической микроскопии. Наши результаты подчеркивают важность изучения биологических процессов с максимально возможным оптическим разрешением внутри живых клеток», — заявил Пина.

Дальнейшие планы:

Команда хочет больше узнать о силах, действующих на ядерную мембрану, и о роли других белков в клеточном ответе на механические силы.

  • Разрабатываются методы использования света для прямого измерения сил, действующих на ядерную мембрану. Эти силы находятся в диапазоне нескольких десятков пиконьютонов — примерно в 1 миллиард раз меньше силы, необходимой, чтобы удержать долларовую купюру от падения.
  • Также планируется изучить взаимодействие эмерина с LINC complex — группой клеточных белков, играющих множество жизненно важных ролей, включая восприятие сил, действующих на клетку.

Исследование опубликовано в Journal of Cell Science.