NUS-biofysici hebben een manipulatietest ontwikkeld die de mechanische stabiliteit en biochemische regelgeving van intermoleculaire interacties op het niveau van één molecuul kan kwantificeren.

Mechanotransductie is een kritisch fysiologisch proces waarbij cellen mechanische stimuli voelen en deze vertalen in biochemische en biologische reacties. Dit proces is verantwoordelijk voor een aantal zintuigen in het lichaam, inclusief aanraking, evenwicht en gehoor. Cellen gebruiken een samenstel van verschillende supramoleculaire krachttransmissiekoppelingen voor mechanotransductie. Een koppeling omvat typisch een paar niet-covalent gekoppelde eiwitten die worden onderworpen aan intracellulaire krachten. Door de mechanische en biochemische voorschriften van deze kracht-transmissieverbindingen te onderzoeken, we kunnen de betrokken moleculaire mechanismen beter begrijpen die ervoor zorgen dat cellen kunnen reageren op externe veranderingen.

Het onderzoeksteam bestaande uit Prof Jie YAN van het Department of Physics and Mechanobiology Institute, NUS, en zijn onderzoekscollega's, Dr. Shimin LE en Dr. Miao YU, heeft een manipulatietest ontwikkeld die directe meting van de mechanische stabiliteit en biochemische regelgeving tussen eiwitmoleculen onder verschillende omgevingsomstandigheden mogelijk maakt. Met behulp van deze test, ze hebben systematisch verschillende intermoleculaire interfaces onderzocht die een cruciale rol spelen bij mechanotransductie van cellen. Hun onderzoeksresultaten laten zien dat er een verrassend hoge mechanische stabiliteit is in deze interfaces. Deze stabiliteit zorgt voor de goede werking van cellulaire functies waarbij krachtoverdracht op moleculair niveau betrokken is.

De manipulatietest is als een lange flexibele draad om de twee moleculen die worden gemeten aan elkaar te binden. De twee moleculen zijn in de begintoestand aan elkaar gehecht (gepaarde toestand). Wanneer de intermoleculaire interactie onder mechanische kracht wordt verbroken, de moleculen worden gescheiden (ongepaarde toestand). De gescheiden moleculen worden bij elkaar gehouden door het flexibele touwtje, waardoor ze opnieuw kunnen koppelen nadat de kracht is afgenomen. De scheiding van de moleculen veroorzaakt een grote stapsgewijze verandering van de uitbreiding van het molecuul langs de krachtrichting, die kan worden gemeten (zie afbeelding). Met behulp van deze methode, de mechanische stabiliteit van het grensvlak tussen de twee moleculen kan worden gekwantificeerd.

Prof Yan zei, "Eerdere pogingen om de moleculaire mechanismen die ten grondslag liggen aan mechanosensing te begrijpen, waren voornamelijk gericht op het begrijpen van individuele eiwitten die de koppelingen vormen en de eiwitten die met deze koppelingen interageren. de rollen van de kracht-transmissie-koppelingen die deze eiwitten met elkaar verbinden, zijn grotendeels onontgonnen gebleven. Door te focussen op deze krachtoverbrengingsverbindingen, we kunnen een meer systematisch beeld krijgen van de mechanosensing-mechanismen in een cel. Dit kan ook leiden tot de ontwikkeling van nieuwe benaderingen om mechanotransductie te moduleren die zich op deze verbanden richt."

"De in deze onderzoeken ontwikkelde single-molecule-assay kan worden uitgebreid om de mechanische stabiliteit van alle krachtdragende intermoleculaire interfaces te kwantificeren. Het kan mogelijk ook worden gebruikt om te zoeken naar farmaceutische verbindingen die de mechanische stabiliteit van geselecteerde intermoleculaire interfaces kunnen veranderen, "voegde Dr. Le toe.