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».
- Нанокластеры эмерина помогают стабилизировать и защищать ядерную оболочку (мембрану, окружающую ядро) от повреждений и разрывов.
- Ядро содержит генетический материал клетки и механизмы для трансляции генетического кода ДНК в белки.
- Эмерин взаимодействует с другими белками ядерной мембраны, помогая сохранять её форму и целостность.
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.
