Illustrations des liaisons de mécanotransduction cellulaire et du test de manipulation d'une molécule unique Panneau supérieur :Croquis d'une cellule attachée à une matrice extracellulaire par ses liaisons de mécanotransduction supramoléculaires. Panneau du milieu :une esquisse de zoom avant d'interactions intermoléculaires typiques, où les domaines de la molécule peuvent être structurés (pliés) ou non structurés (dépliés) d'une manière dépendante de la force. La stabilité mécanique de l'interface intermoléculaire détermine la durée de vie mécanique de la liaison. Panneau du bas :croquis du test de manipulation d'une seule molécule. Les domaines d'interface de deux molécules sont connectés avec un long lien de chaîne peptidique non structuré flexible. Une rupture de l'interface induit un énorme changement d'extension de la molécule (∆H), qui peut être facilement détecté (à l'aide de pincettes magnétiques). Crédit :Université nationale de Singapour
Les biophysiciens du NUS ont développé un test de manipulation qui peut quantifier la stabilité mécanique et les régulations biochimiques des interactions intermoléculaires au niveau d'une seule molécule.
La mécanotransduction est un processus physiologique critique par lequel les cellules détectent des stimuli mécaniques et les traduisent en réactions biochimiques et biologiques. Ce processus est responsable d'un certain nombre de sens dans le corps, y compris le toucher, l'équilibre et l'ouïe. Les cellules utilisent un assemblage de diverses liaisons supramoléculaires de transmission de force pour la mécanotransduction. Une liaison comprend typiquement quelques protéines liées de manière non covalente qui sont soumises à des forces intracellulaires. En sondant les régulations mécaniques et biochimiques de ces liaisons de transmission de force, nous pouvons mieux comprendre les mécanismes moléculaires impliqués qui permettent aux cellules de réagir aux changements externes.
L'équipe de recherche composée du Pr Jie YAN du Département de Physique et de l'Institut de Mécanobiologie, NOUS, et ses chercheurs, Dr Shimin LE et Dr Miao YU, a développé un test de manipulation qui permet de mesurer directement la stabilité mécanique et les régulations biochimiques entre les molécules de protéines dans différentes conditions environnementales. En utilisant ce dosage, ils ont systématiquement étudié plusieurs interfaces intermoléculaires qui jouent un rôle crucial dans la mécanotransduction cellulaire. Les résultats de leurs recherches montrent qu'il existe une stabilité mécanique étonnamment élevée dans ces interfaces. Cette stabilité permet le bon fonctionnement des fonctions cellulaires impliquant une transmission de force au niveau moléculaire.
Le test de manipulation est comme une longue ficelle flexible pour attacher les deux molécules mesurées. Les deux molécules sont collées l'une à l'autre (état apparié) à l'état initial. Lorsque l'interaction intermoléculaire est rompue sous la force mécanique, les molécules se séparent (état non apparié). Les molécules séparées sont maintenues à proximité les unes des autres par la corde flexible, leur permettant de se ré-apparier après que la force est diminuée. La séparation des molécules provoque un grand changement pas à pas de l'extension de la molécule le long de la direction de la force, qui peut être mesuré (voir la figure). En utilisant cette méthode, la stabilité mécanique de l'interface entre les deux molécules peut être quantifiée.
Le professeur Yan a dit, "Les efforts précédents pour comprendre les mécanismes moléculaires sous-jacents à la mécanodétection se sont principalement concentrés sur la compréhension des protéines individuelles qui constituent les liaisons et les protéines qui interagissent avec ces liaisons. Cependant, les rôles des liaisons force-transmission qui relient ces protéines entre elles sont largement restés inexplorés. En se concentrant sur ces liaisons de transmission de force, nous pouvons obtenir une vision plus systématique des mécanismes de mécanodétection au sein d'une cellule. Cela peut également conduire au développement de nouvelles approches pour moduler la mécanotransduction qui ciblent ces liaisons. »
« Le test à molécule unique développé dans ces études peut être étendu pour quantifier la stabilité mécanique de toutes les interfaces intermoléculaires porteuses de force. Il peut également potentiellement être utilisé pour rechercher des composés pharmaceutiques susceptibles d'altérer la stabilité mécanique d'interfaces intermoléculaires sélectionnées, " a ajouté le Dr Le.
