Måling af mekanisk stabilitet af kraftoverførings supramolekylære forbindelser

NUS biofysikere har udviklet et manipulationsassay, der kan kvantificere den mekaniske stabilitet og biokemiske regler for intermolekylære interaktioner på enkeltmolekylniveau.

Mekanotransduktion er en kritisk fysiologisk proces, ved hvilken celler fornemmer mekaniske stimuli og oversætter dem til biokemiske og biologiske reaktioner. Denne proces er ansvarlig for en række sanser i kroppen, inklusive berøring, balance og hørelse. Celler bruger en samling af forskellige supramolekylære kraftoverførselsforbindelser til mekanotransduktion. En kobling omfatter typisk et par ikke-kovalent bundne proteiner, som udsættes for intracellulære kræfter. Ved at undersøge de mekaniske og biokemiske regler for disse kraftoverførselsforbindelser, vi kan bedre forstå de involverede molekylære mekanismer, der tillader celler at reagere på ydre ændringer.

Forskergruppen bestående af prof. Jie YAN fra Institut for Fysik og Mekanobiologisk Institut, NUS, og hans stipendiater, Dr. Shimin LE og Dr. Miao YU, har udviklet et manipulationsassay, der muliggør direkte måling af den mekaniske stabilitet og biokemiske forskrifter mellem proteinmolekyler under forskellige miljøforhold. Ved hjælp af denne analyse, de har systematisk undersøgt flere intermolekylære grænseflader, der spiller afgørende roller i cellemekanotransduktion. Deres forskningsresultater viser, at der er overraskende høj mekanisk stabilitet i disse grænseflader. Denne stabilitet muliggør korrekt funktion af cellulære funktioner, der involverer kraftoverførsel på molekylært niveau.

Manipulationsassayet er som en lang fleksibel streng til at binde de to molekyler, der måles. De to molekyler er klæbet til hinanden (parret tilstand) i den oprindelige tilstand. Når den intermolekylære interaktion brydes under mekanisk kraft, molekylerne bliver adskilte (uparret tilstand). De adskilte molekyler holdes i nærheden af ​​hinanden af ​​den fleksible streng, så de kan parre igen, efter at kraften er reduceret. Adskillelsen af ​​molekylerne forårsager en stor trinvis ændring af molekylets forlængelse langs kraftretningen, som kan måles (se figur). Ved hjælp af denne metode, den mekaniske stabilitet af grænsefladen mellem de to molekyler kan kvantificeres.

Prof Yan sagde, "Tidligere bestræbelser på at forstå de molekylære mekanismer, der ligger til grund for mekanosensering, har hovedsageligt fokuseret på at forstå individuelle proteiner, der udgør forbindelserne og de proteiner, der interagerer med disse koblinger. Imidlertid har rollerne for kraftoverførselsforbindelserne, der forbinder disse proteiner med hinanden, er stort set uudforskede. Ved at fokusere på disse kraftoverførselsforbindelser, vi kan få et mere systematisk billede af mekanosenseringsmekanismerne i en celle. Dette kan også føre til udvikling af nye tilgange til modulering af mekanotransduktion, der er rettet mod disse forbindelser. "

"Enkelmolekylassayet udviklet i disse undersøgelser kan udvides til at kvantificere den mekaniske stabilitet af enhver kraftbærende intermolekylær grænseflade. Det kan også potentielt bruges til at søge efter farmaceutiske forbindelser, der kan ændre den mekaniske stabilitet af udvalgte intermolekylære grænseflader, "tilføjede Dr. Le.