As proteínas que constituem a matriz extracelular que envolve uma célula existem como fibras. Como o espaçamento entre essas fibras protéicas da matriz afetam o agrupamento das integrinas dos receptores da superfície celular e como isso influencia a formação de adesões de matriz celular mediadas por integrinas e subsequente disseminação celular foi o foco de um estudo recente conduzido pela Dra. Rishita Changede, Pesquisador Sênior do Instituto de Mecanobiologia, Universidade Nacional de Singapura. O estudo foi publicado em Materiais da Natureza .

O espaçamento entre as fibras da matriz afeta o agrupamento de integrinas e a formação de adesão

Imagine cruzar um riacho usando pedras espalhadas por ele como apoio para os pés. Se você consegue fazer o seu caminho, não depende apenas de quantas pedras existem, mas principalmente também em como essas rochas são posicionadas ao longo do riacho. Se o seu próximo ponto de apoio estiver um pouco longe demais, cruzar aquele riacho pode se tornar difícil, ou às vezes, impossível.

O mesmo se aplica às células do nosso corpo enquanto tentam se ligar a superfícies, referido como a matriz, abaixo deles. Certos 'receptores' na camada mais externa da célula, principalmente membros da família de proteínas integrinas, interagir fisicamente com proteínas 'ligantes' parceiras presentes na matriz, como colágeno e fibronectina. A célula basicamente usa essas conexões como pontos de apoio para se espalhar e se mover sobre a matriz ou para detectar as propriedades da matriz. Semelhante às rochas em nossa analogia com o riacho, os 'pontos de apoio celulares' precisam ser espaçados de maneira ideal na matriz para promover a fixação celular e o funcionamento celular normal.

Criação de várias geometrias de ligante

Dentro dos tecidos, a maioria das proteínas ligantes são organizadas como fibras na matriz, em configurações e densidades variadas. A importância da geometria do ligante - o arranjo específico das fibras do ligante - na promoção da formação e subsequente estabilização das conexões de matriz celular foi o assunto de investigação de um estudo recente realizado no Sheetz Lab no Mechanobiology Institute (MBI), Universidade Nacional de Singapura.

Liderado pela pesquisadora sênior da MBI, Dra. Rishita Changede, e pelo pesquisador principal, Prof Michael Sheetz, e envolvendo cientistas da Universidade de Columbia, NÓS., o estudo empregou uma técnica chamada litografia de feixe de elétrons para desenhar o costume, padrões nanométricos (feitos de titânio ou linhas de ouro-paládio) em superfícies artificiais para imitar geometrias de ligantes encontradas em tecidos vivos.

Os pesquisadores criaram nanopadrões unidimensionais (1-D) ou bidimensionais (2-D). Os padrões 1-D incluíam linhas únicas, enquanto os padrões 2-D incluíam linhas emparelhadas (espaçadas de 50 ou 80 nm), cruzando linhas (cruzando em um ângulo de 25 graus), e padrões de pontos hexagonais (pontos espaçados de 40 nm). Após a padronização, as nanolinhas foram revestidas com proteínas ligantes e a equipe de pesquisa microscopicamente observou e mediu como as células do tecido conjuntivo conhecidas como fibroblastos cresceram em diferentes geometrias.

Engajamento de integrina em padrões 1D e 2-D

Trabalhos anteriores do Dr. Changede demonstraram que apenas quatro moléculas de integrina se juntam para formar aglomerados de tamanho típico de 110 nm. Esses grupos de integrinas nascentes funcionam como módulos básicos que iniciam o envolvimento da célula com os ligantes para formar conexões maiores da matriz da célula. Portanto, os pesquisadores teorizaram que apenas os nanopadrões nos quais os ligantes estão espaçados em menos de 110 nm permitirão o engajamento estável da integrina e a subsequente disseminação celular.

A geometria do ligante é o fator crítico para a disseminação celular

Consistente com isso, os pesquisadores notaram diferenças na extensão do envolvimento do agrupamento de integrinas e disseminação celular, com base na geometria do ligante em cada um desses nanopadrões:as linhas únicas 1D que estavam espaçadas 250 nm ou 500 nm não suportavam o engajamento do agrupamento de integrina e a propagação celular; Contudo, quando as linhas foram espaçadas 160 nm (um pouco mais do que o tamanho do cluster de integrina), algumas conexões foram formadas e as células foram capazes de se espalhar até certo ponto. Por outro lado, Padrões 2-D, incluindo linhas emparelhadas e cruzadas e pontos hexagonais, apoiou o envolvimento significativo do cluster de integrinas e a disseminação de células.

Notavelmente, tal engajamento de agrupamento de integrina e disseminação de células mais elevados ocorreram em padrões 2-D, apesar da densidade de ligante (número de ligantes em uma determinada área) ser, às vezes, maior em linhas únicas 1D do que no padrão 2-D, como pontos hexagonais. Esta observação confirmou um papel mais significativo para a geometria do ligante sobre a densidade do ligante no controle da formação de conexões célula-matriz e na promoção de funções celulares, como seu espalhamento e movimento ao longo dos tecidos.

Conexões célula-matriz são conhecidas por serem os locais primários para mecanotransdução (o relé de sinais mecânicos) entre uma célula e seus arredores; eles exercem forças de tração na matriz subjacente, usá-los para testar as propriedades mecânicas da matriz. Essa informação é então retransmitida internamente por meio de complexos de proteínas que foram recrutados nas conexões, para efetuar várias mudanças dentro de uma célula.

Na configuração de matriz fibrosa que envolve as células em um tecido, como essas fibras de ligante são espaçadas em relação umas às outras é de extrema importância para determinar como os eventos de mecanotransdução são mediados. Quando as fibras estão muito próximas ou muito distantes, as integrinas são incapazes de se engajar de forma estável e iniciar a formação de conexões célula-matriz. Como resultado, vias de mecanotransdução ficam erradas, levando a respostas celulares irregulares que podem afetar a integridade geral do tecido. Ao chamar a atenção para a importância da geometria do ligante na formação de conexões dependentes de integrina, o presente estudo adiciona mais detalhes aos mecanismos moleculares que governam a mediação de forças por meio de conexões célula-matriz, e seu impacto na propagação e movimento das células.