Как механические силы преобразуются в химическую реакцию изучено плохо. Две работы в Science проливают новый свет на механизмы, лежащие в основе активации адгезивных рецепторов α5β1 integrin (α5β1) с помощью механической силы и взаимодействия обладающего силой цитоскелетного белка talin с его партнером по связыванию, vinculin.

Friedland et al. анализировали механочувствительные свойства α5β1, связанного со своим лигандом fibronectin в присутствии или отсутствии механического напряжения. Способность или неспособность специфических crosslinkers формировать поперечные связи α5β1 с fibronectin создает химическую основу для различий между двумя типами связей, обозначаемых как relaxed и tensioned состояния. Для фибробласт-подобных клеток, которые помещали на жесткие (пластиковые или стеклянные) fibronectin-покрытые поверхности, как пропорция α5β1 , который может быть связан поперечно, так и сила, которая необходима для разъединения клеток, пропорциональны количеству адгезивных α5β1-fibronectin связей. Но если ингибирована функция myosin II в прикладываемом напряжении на клетку посредством актиновых филамент, то связи расслабляются и не могут больше поперечно связывать. Применения напряжения с помощью устройства вращающегося диска возвращает их в напряженную форму.

Как же α5β1-fibronectin отвечают на напряжение? Мутации в RGD домене fibronectin предупреждают любое связывание с α5β1, тогда как мутации в синергичном сайте снижают связывание на 90%. Т.к. эффект синергичного сайта виден только в условиях напряжения, то это указывает на то, что relaxed форма использует RGD домен, тогда как напряженная форма использует как RGD так и синергичный сайты - давая более сильные связи.

Способность клеток ощущать жесткость субстрата является ключевым свойством механочувствительности. Но как клетки различают между мягким и жестким субстратами? Авт. показали, что пропорция α5β1, связанного с fibronectin, не затрагивается жесткостью субстрата, но пропорция α5β1 в напряженном состоянии непосредственно зависит от жесткости субстрата. Кроме того, передача сигналов от α5β1, измеряемая с помощью фосфорилирования focal adhesion kinase остатка Y397, коррелирует с напряженной формой. Это указывает на то, что происходит конверсия α5β1 из relaxed в tensioned состояние скорее, чем связывание α5β1 с лигандом, это и генерирует нижестоящие сигналы. Эти находки показывают, что α5β1 рецептор адгезии не только 'якорь' в системе передачи механосигналов, но и также обладает механовоспринимающими и механореакционными свойствами.

На молекулярном уровне, del Rio et al. показали, что растяжение цитоскелетных молекул может экспозировать сайты связывания для белков адгезивных комплексов. Взаимодействие цитоскелетного белка talin, который связывает мембранные интегрины с цитоскелетом посредством посредством своего актин-связывающего сайта, рекрутирует дополнительные vinculins на растяжение. Палочка talin расположена между integrin- и actin-связывающими сайтами и содержит множественные alpha-спиральные пучки со многими скрытыми сайтами. связывающими vinculin.

Авт. использовали magnetic tweezers для механического растяжения одиночных talin rod молекул, и установили ряд флюоресцентно меченных молекул vinculin, которые соединяются с палочкой talin подсчитав single-molecule photobleaching события. В отсутствие силы авт. наблюдали или отсутствие или одно событие. которые увеличивались втрое в присутствие силы - т.е., благодаря экспозиции двух дополнительных сайтов связывания vinculin.

Измерения с помощью atomic force microscope растяжения talin показали, что происходит его быстрое растягивание физиологическими силами. Т.о., зависимое от силы растяжение и расправление talin открывает скрытые сайты связывания vinculin, приводя к нижестоящей внутриклеточной реакции. Т.к. многие цитоскелетные белки содержат множественные домены из alpha-спиральных пучков, то это может быть в принципе общим механизмом превращения силы в биохимические сигналы.