Jakie cząsteczki wywołują reakcję komórki na działanie siły?
Przed projektem "Zintegrowana mechanotransdukcja cząsteczkowa i komórkowa przy udziale białka p130Cas" (Cell trans) postawiono ogólny cel – przeprowadzenie badań nad cząsteczkowym mechanizmem sensorycznym sił. Ten finansowany przez UE projekt stworzony został, aby zbadać potencjał mechanotransdukcyjny substratu kinazy rodziny Src, p130Cas. Jest to kluczowe białko biorące udział w wielu procesach wewnątrzkomórkowych, a uaktywniane (fosforylowane) przez działanie siły. Przy użyciu pęset optycznych i magnetycznych oraz mikroskopii fluorescencyjnej całkowitego wewnętrznego odbicia (TIRF) badano, w jaki sposób siła mechaniczna wpływa na fosforylację pojedynczej cząsteczki Cas. Przy użyciu TIRF określano, jakiej wielkości siła wymagana jest dla fosforylacji, czy zwiększenie siły prowadzi do zwiększonej fosforylacji oraz czy przerwa w działaniu siły prowadzi do defosforylacji. Eksperymenty ujawniły, że w miejscu adhezji komórek obecne są inne molekuły zaangażowane w mechanotransdukcję w skali pN (pikoniutony-pN używane są do pomiaru sił działających w skali molekularnej). Skłoniło to uczestników projektu Cell trans do skupienia uwagi na innych cząsteczkach, integrynach, co do których uważa się, że odgrywają ważną rolę w mechanotransdukcji. Integryny łączą komórki z otaczającą je macierzą zewnątrzkomórkową. Talina i a-aktynina są kluczowymi białkami adhezyjnymi, które łączą integryny z cytoszkieletem. Eksperymenty z udziałem taliny jako molekuły mechanosensorycznej pozwoliły postawić po raz pierwszy przypuszczenie, że zastosowanie siły względem pojedynczych cząsteczek rzeczywiście może prowadzić do mechanotransdukcji. Dalsze badania nad sposobem integracji mechanotransdukcji na poziomie komórkowym koncentrowały się na rodzaju siły działającej na miejsce adhezji komórek. Okazało się, że funkcje podtrzymywania zdolności adhezyjnej komórek oraz transdukcji mechanicznej sygnałów mechanicznych są inaczej regulowane w przypadku taliny. Oznacza to, że białko adhezyjne jest zdolne do mechanotransdukcji na poziomie pojedynczej cząsteczki. W badaniach nad rolą a-aktyniny w rejestrowaniu siły odkryto, że a-aktynina umożliwia przenoszenie siły pomiędzy cytoszkieletem a integrynami. W ten sposób kontrolowane jest tworzenie i dynamika stabilnych, dojrzałych miejsc adhezji pomiędzy komórką a macierzą zewnątrzkomórkową. Dzięki opisaniu, jak poszczególne cząsteczki działają przy wykrywaniu, przekazywaniu, opieraniu się i reagowaniu na działanie siły, projekt Cell trans mógł poszerzyć zrozumienie procesów komórkowych regulujących reakcję komórki na siłę. W ten sposób położono fundamenty pod przyszłe badania na temat mechanizmów molekularnych stanowiących podstawę procesów i patologii spowodowanych bodźcami mechanicznymi i otoczeniem mechanicznym komórki, istotnych ze względu na poszukiwania naukowe w takich dziedzinach, jak nowotwór czy gojenie się ran.
