Ilustrações de ligações de mecanotransdução celular e o ensaio de manipulação de molécula única Painel superior:esboço de uma célula anexada a uma matriz extracelular por meio de suas ligações de mecanotransdução supramoleculares. Painel do meio:um esboço de zoom de uma interação inter-molecular típica, onde os domínios da molécula podem ser estruturados (dobrados) ou não estruturados (desdobrados) de uma maneira dependente da força. A estabilidade mecânica da interface inter-molecular determina a vida útil mecânica da ligação. Painel inferior:esboço do ensaio de manipulação de uma única molécula. Os domínios de interface de duas moléculas são conectados com um ligante de cadeia de peptídeo não estruturado e flexível. Uma ruptura da interface induz uma grande mudança de extensão da molécula (∆H), que pode ser facilmente detectado (usando uma pinça magnética). Crédito:Universidade Nacional de Cingapura
Os biofísicos da NUS desenvolveram um ensaio de manipulação que pode quantificar a estabilidade mecânica e os regulamentos bioquímicos das interações inter-moleculares no nível de uma única molécula.
A mecanotransdução é um processo fisiológico crítico pelo qual as células percebem estímulos mecânicos e os traduzem em reações bioquímicas e biológicas. Este processo é responsável por vários sentidos do corpo, incluindo toque, equilíbrio e audição. As células usam um conjunto de várias ligações supramoleculares de transmissão de força para mecanotransdução. Uma ligação normalmente compreende algumas proteínas não covalentemente ligadas que são submetidas a forças intracelulares. Ao sondar os regulamentos mecânicos e bioquímicos dessas ligações de transmissão de força, podemos entender melhor os mecanismos moleculares envolvidos que permitem que as células reajam a mudanças externas.
A equipe de pesquisa composta pelo Prof Jie YAN do Departamento de Física e Instituto de Mecanobiologia, NUS, e seus companheiros de pesquisa, Dr. Shimin LE e Dr. Miao YU, desenvolveu um ensaio de manipulação que permite a medição direta da estabilidade mecânica e dos regulamentos bioquímicos entre moléculas de proteínas em diferentes condições ambientais. Usando este ensaio, eles investigaram sistematicamente várias interfaces inter-moleculares que desempenham papéis cruciais na mecanotransdução celular. Os resultados de suas pesquisas mostram que há estabilidade mecânica surpreendentemente alta nessas interfaces. Essa estabilidade permite o funcionamento adequado das funções celulares que envolvem a transmissão de força em nível molecular.
O ensaio de manipulação é como uma longa corda flexível para amarrar as duas moléculas que estão sendo medidas. As duas moléculas estão aderidas uma à outra (estado emparelhado) no estado inicial. Quando a interação inter-molecular é rompida sob força mecânica, as moléculas se separam (estado desemparelhado). As moléculas separadas são mantidas próximas umas das outras pela corda flexível, permitindo que eles se reemparelhem após a redução da força. A separação das moléculas causa uma grande mudança gradual da extensão da molécula ao longo da direção da força, que pode ser medido (veja a Figura). Usando este método, a estabilidade mecânica da interface entre as duas moléculas pode ser quantificada.
Prof Yan disse, "Esforços anteriores para compreender os mecanismos moleculares subjacentes ao mecanossensor se concentraram principalmente em compreender as proteínas individuais que constituem as ligações e as proteínas que interagem com essas ligações. No entanto, os papéis das ligações de transmissão de força que conectam essas proteínas entre si permaneceram amplamente inexplorados. Ao focar nessas ligações de transmissão de força, podemos obter uma visão mais sistemática dos mecanismos de mecanossensibilização dentro de uma célula. Isso também pode levar ao desenvolvimento de novas abordagens para modular a mecanotransdução que visa essas ligações. "
"O ensaio de molécula única desenvolvido nesses estudos pode ser estendido para quantificar a estabilidade mecânica de quaisquer interfaces intermoleculares portadoras de força. Também pode ser potencialmente usado para pesquisar compostos farmacêuticos que podem alterar a estabilidade mecânica de interfaces intermoleculares selecionadas, "acrescentou o Dr. Le.
