Исследователи используют оптогенетику и математическое моделирование для идентификации ключевой молекулы в механике клеток

Все типы клеток в человеческом организме постоянно генерируют силы. Междисциплинарной группе биологов и физиков, включая исследователя из Гейдельберга профессора Ульриха Шварца, удалось провести высокоточные измерения клеточных сил, используя свет для их контролируемого включения и выключения. Ученые из университетов Гейдельберга и Чикаго (США) применили оптогенетику и математическое моделирование, чтобы идентифицировать центральную молекулу в клеточной механике. Результаты опубликованы в журнале Nature Communications.

Клетки используют силы для восприятия механических изменений в окружающей среде, что важно, например, для заживления ран. Клеточные «мышцы» активируются также во время деления и движения клеток.

Исследовательская группа профессора Шварца разрабатывает компьютерные алгоритмы для расчета клеточных сил по деформациям, которые они создают в своем окружении. На основе этой информации строятся математические модели клеточной механики.

Экспериментальные группы профессоров Майкла Глотцера и Маргарет Гардел из Чикаго разработали новый оптогенетический метод для управления клеточными силами с помощью света. Профессор Шварц и трое членов его группы проанализировали данные из Чикаго с помощью специальных алгоритмов.

Математическая оценка привела исследователей к неожиданному открытию. Они изучили роль различных молекул в генерации и передаче силы и обнаружили, что определенный репарационный белок зиксин (zyxin) необходим для этих процессов.

Это говорит о том, что клетка постоянно вызывает механический разрыв самой себя, подобно расстегивающейся под нагрузкой молнии. Только благодаря постоянному ремонту клетка может сохранять упругие свойства, столь важные для ее функции.