Spieren zijn verbonden met pezen om bewegingen van dieren, zoals rennen, zwemmen of vliegen. Krachten worden geproduceerd door contractiele ketens van de eiwitten actine en myosine, die trekken aan spier-peesverbindingen die aanhechtingen worden genoemd. Tijdens de ontwikkeling van dieren, deze spier-peesaanhechtingen moeten zo worden aangebracht dat ze gedurende het hele leven van het dier bestand zijn tegen hoge mechanische krachten. Een interdisciplinair team van onderzoekers uit Marseille (Frankrijk), München en Münster (beiden Duitsland) hebben nu de mechanische krachten kunnen kwantificeren die worden overgedragen door een belangrijk aanhechtingseiwit genaamd Talin.

De onderzoekers gebruikten de vliegspieren van de fruitvlieg Drosophila voor deze moleculaire krachtmetingen en ontdekten dat een verrassend klein deel van de Talin-moleculen detecteerbare krachten ervaart bij het ontwikkelen van spier-peesaanhechtingen. Ze ontdekten ook dat spieren omgaan met de toenemende weefselkrachten door een groot aantal Talin-moleculen aan bijlagen te rekruteren. Op deze manier, veel Talin-moleculen kunnen dynamisch de hoge piekkrachten delen die tijdens spiercontracties worden geproduceerd, bijvoorbeeld tijdens het vliegen. "Dit mechanische aanpassingsconcept zorgt ervoor dat spier-peesverbindingen een leven lang meegaan, " zegt Sandra Lemke, een doctoraat student biologie aan het Max Planck Instituut voor Biochemie die de meeste experimenten uitvoerde. De studie werd geleid door Dr. Frank Schnorrer van het Instituut voor Ontwikkelingsbiologie van de Universiteit van Aix-Marseille en Prof. Dr. Carsten Grashoff van de Universiteit van Münster. Deze nieuwe resultaten zijn gepubliceerd in het tijdschrift PLOS Biologie .

Op integrine gebaseerde verklevingen zijn belangrijke krachtgevoelige structuren van dierlijke cellen om mechanische krachten te voelen en te weerstaan. Integrinereceptoren zijn een belangrijk onderdeel van dergelijke structuren die aan het celoppervlak zitten en de omgeving buiten de cel aftasten en binden aan één uiteinde van talin in de cel. Het andere uiteinde van Talin bindt aan het contractiele actine-myosine cytoskelet, dus Talin bevindt zich op de perfecte locatie om moleculaire krachten te verwerken. De onderzoekers plaatsten daarom een ​​fluorescerende krachtsensor in het eiwit talin om moleculaire krachten te onderzoeken met behulp van microscopiemethoden.

Eerdere studies van de onderzoeksgroep onder leiding van Carsten Grashoff van het Instituut voor Moleculaire Celbiologie van de Universiteit van Münster hadden al aangetoond dat 70 procent van alle Talin-moleculen wordt blootgesteld aan hoge krachten in zogenaamde focale verklevingen, wanneer cellen in het laboratorium op hard plastic of glassubstraten worden geplaatst. Daarom, de resultaten van deze nieuwe studie zijn zeer verrassend:minder dan 15 procent van de Talin-moleculen "voelde" meetbare krachten bij het ontwikkelen van spieraanhechtingen in een intact organisme. Het is belangrijk om te weten dat een spier die verbonden is met peescellen zich in een veel zachtere omgeving bevindt dan cellen in een hard plastic schaaltje in het laboratorium. Nog, ontwikkelende spieren moeten anticiperen op hoge krachten die in de toekomst worden gegenereerd tijdens spiercontracties bij de volwassen vlieg. Om je daarop voor te bereiden, spieren rekruteren veel talin- en integrine-moleculen in hun celadhesie.

De wetenschappers verminderden het aantal talinmoleculen dat aanwezig is in de vluchtspieren van fruitvliegen met behulp van moleculair-genetische methoden. De vliegen konden na de ingreep nog overleven, maar hun spier-pees verbindingen scheurden tijdens de eerste vluchtpogingen, zodat de vliegen niet meer konden vliegen. Deze resultaten tonen aan dat verbindingen tussen cellen zich dynamisch moeten aanpassen aan de behoeften van elk weefsel om een ​​levenslange functie te garanderen. In de toekomst, het zal spannend zijn om te onderzoeken hoe mechanische signalen de rekrutering van het juiste aantal moleculen naar de juiste locatie in de cellen bewerkstelligen.