Изменение жёсткости переключает функцию белковых конденсатов, участвующих в осязании
Способность клеток воспринимать механические силы зависит от сборки, локализации и механических свойств белковых комплексов. Часто такие комплексы образуют жидкоподобные конденсаты в процессе, подобном фазовому разделению. Роль этих конденсатов в механотрансдукции (преобразовании механического стимула в биохимический сигнал) оставалась неясной. Ключевой вопрос: могут ли конденсаты с разными физическими свойствами выполнять разные биологические функции?
Исследование конденсатов белка MEC-2 в нейронах, чувствительных к прикосновению
Исследователи из ICFO и IRB Barcelona опубликовали в Nature Cell Biology работу, раскрывающую механизм, с помощью которого белковые конденсаты переходят из жидкого в твёрдое состояние, обеспечивая стабильность и передачу механических сил.
Объектом изучения стал белок MEC-2 из семейства стоматинов, важный для механики мембраны и модуляции активности ионных каналов. Учёные обнаружили, что MEC-2 образует конденсаты в нейронах, чувствительных к прикосновению, у круглого червя Caenorhabditis elegans.
С помощью флуоресцентной микроскопии (включая методы FRAP и FRET) исследователи выявили две популяции MEC-2 в нейронах:
- Жидкая и подвижная — около тела клетки, облегчающая транспорт вдоль нейрона.
- Зрелая, твёрдообразная — в дистальных отростках (нейритах).
Применяя механические стимулы к червю, учёные установили, что только зрелые твёрдые конденсаты выдерживают механические силы во время прикосновения.
Анализ конденсатов in vitro с помощью ЯМР-спектроскопии и микрогеометрии на оптических пинцетах раскрыл молекулярные механизмы конденсации и изменения механических свойств конденсатов со временем.
Переход из жидкости в твёрдое тело меняет функцию конденсатов
Специфичный для нейронов скрининг показал, что за созревание и увеличение жёсткости конденсатов MEC-2 in vivo отвечает другой белок — UNC-89 из суперсемейства титина. Это структурное преобразование привело к смене биологической функции конденсатов:
- Подвижные (жидкие): облегчают транспорт белка.
- Зрелые (твёрдые): обеспечивают интеграцию и преобразование механических сигналов при механосенсорном восприятии.
Эти результаты описывают новую биологическую функцию перехода белка MEC-2 из жидкой фазы в твёрдую и ранее неизвестную роль белка UNC-89 в нейронах.
Понимание функций биологических конденсатов открывает новые возможности для терапии, направленной на механизмы изменения жёсткости конденсатов при здоровье и болезни.
«Мы очень рады роли созревания конденсатов в механотрансдукции и ищем пути изучения того, как дефекты в конденсации белков влияют на развитие неврологических расстройств», — комментирует профессор ICFO Майкл Криг.
«Было известно, что изменения материальных свойств конденсатов могут быть вредными и вести к болезням, но эта работа показывает, как они также могут быть функциональными и регулироваться белковыми взаимодействиями», — говорит ICREA профессор IRB Barcelona Ксавье Сальвателла.