Ученые раскрыли, как белок десмоплакин «чувствует» механическое напряжение в клетках

Белок десмоплакин (зеленый) соединяет кератиновые промежуточные филаменты внутри клетки с кадгеринами снаружи. Автор: Сандживи Сивасанкар, UC Davis

Как кожа удерживает ваше тело? Как клетки сердца синхронно сокращаются? Исследователи из отдела биомедицинской инженерии Калифорнийского университета в Дэвисе изучают, как функционируют и реагируют на механическое напряжение структуры под названием десмосомы, которые скрепляют клетки между собой.

Новая работа из лаборатории профессора Сандживи Сивасанкара, опубликованная 10 октября в журнале Nature Communications, показывает, как белок десмосомы может реагировать на механическое напряжение и потенциально передавать сигналы внутри клетки.

Десмосомы — это структуры на поверхности клетки, которые склеивают клетки вместе. Они особенно распространены в тканях, подверженных сильному механическому стрессу, таких как кожа и сердечная мышца. С внешней стороны клетки десмосомы включают белки кадгерины, которые крепятся к партнерам на соседних клетках. Внутри они содержат белки, прикрепленные к сети кератиновых волокон, называемых промежуточными филаментами, которые придают клеткам форму и обеспечивают структурную стабильность тканей. Это отличается от сети актина/миозина — набора белковых волокон, которые перемещают вещества внутри клеток.

Поскольку десмосомы присутствуют в тканях, подверженных стрессу, они должны быть способны ощущать и реагировать на механические силы. Но как именно это происходит, до сих пор не было известно, отметил Сивасанкар.

Аспирантка Иньчэнь (Белль) Донг вместе с коллегами из UC Davis, Католического университета Америки и Медицинской школы Питтсбургского университета провела серию исследований, визуализируя десмосомы и измеряя механические силы внутри клетки.

Работая с линиями человеческих клеток и клетками сердца мыши, они обнаружили, что промежуточные филаменты передают силы от сети актина/миозина к одному из белков десмосом — десмоплакину. Когда это происходит, часть десмоплакина раскрывается в растянутую конфигурацию, подобно растяжению пружины. Эта открытая конфигурация обнажает участок на десмоплакине, который может запускать сигналы в другие части клетки.

«Мы показываем, что механические силы заставляют десмоплакин раскрываться и обнажать участок, который позволяет другим белкам связываться», — пояснил Сивасанкар.

Десмоплакин связан с некоторыми кожными и сердечными заболеваниями, включая редкое заболевание сердца — аритмогенную кардиомиопатию правого желудочка (АКПЖ), которая может вызывать внезапную остановку сердца, особенно у молодых спортсменов без предшествующих симптомов. Генетические мутации, связанные с АКПЖ, группируются в «растяжимой» области десмоплакина, сообщил Сивасанкар. Команда планирует изучить, как такие мутации могут влиять на десмоплакин.

Исследование механизмов клеточной адгезии — активно развивающаяся область науки. Ученые считают, что понимание того, как клетки «чувствуют» и реагируют на механические силы, может открыть новые пути для лечения не только сердечных заболеваний, но и заживления ран и даже борьбы с метастазированием раковых опухолей.