Накопленные данные свидетельствуют о том, что физическая сила играет важную роль в различных процессах развития оплодотворенных яиц животных. Во время эмбриогенеза различные клеточные популяции активно мигрируют и меняют свое положение, генерируя различные виды силы (например, силу растяжения, силу сжатия), которые влияют на свойства окружающих тканей. Это, в свою очередь, обеспечивает нормальное развитие там, где расположение тканей строго организовано. Однако то, как эмбриональные клетки и ткани реагируют на эти силы, остается малоизученным.
Решение этого важного вопроса стало возможным благодаря международному сотрудничеству между двумя лабораториями, специализирующимися в области протеомики и биологии развития. Профессор Илеана Кристеа из Принстонского университета (США) и профессор Наото Уэно из Национального института фундаментальной биологии (Япония) вместе со своими исследовательскими группами попытались ответить на этот вопрос. Вместе они характеризовали глобальные внутриклеточные изменения фосфорилирования и изобилия белков у эмбрионов, к которым применялась физическая сила.
В этом исследовании мы применили силу путем центрифугирования эмбрионов Xenopus и тщательно проанализировали изменения в состоянии фосфорилирования белков в них. Поскольку яйца Xenopus относительно больше, чем яйца других организмов, мы смогли получить достаточное количество белка для анализа из небольшого числа эмбрионов.- сказал доктор Нориюки Киношита, член исследовательской группы.
Используя чувствительный и количественный подход, основанный на масс-спектрометрии, исследовательская группа смогла идентифицировать фосфорилирование более 9000 пептидов (то есть фрагментов белков).
проф. Кристи подчеркивает новизну и ожидаемое влияние этого исследования, указывая, что «это первое исследование глобальных временных изменений фосфорилирования белка в ответ на механическое воздействие в любой биологической системе. Мы объединили методы, которые позволили нам глобально охарактеризовать динамический фосфопротеом с помощью целевых подходы, которые мы разработали для отслеживания времени и относительного количества конкретных событий фосфорилирования с большой точностью. Мы также поместили это знание о передаче сигналов, опосредованной фосфорилированием, в контексте изменений содержания белка. В целом, это позволило нам обнаружить точные модулирующие точки в ответ на Кроме того, учитывая вклад механических сил как в гомеостаз тканей, так и в прогрессирование различных заболеваний, мы надеемся, что наши методы и результаты обеспечат ценную платформу для будущих исследований в области механобиологии и передачи сигналов."
Первый автор статьи, д-р Хасимото, сказал: «Было интересно отметить, что различные протеинкиназы, такие как PAK2 и PKC, в эмбрионе активируются при силовой стимуляции всего на 10 минут. также было неожиданно обнаружить, что белки, составляющие фокальную адгезию и плотные соединения, были среди наиболее заметно фосфорилированных. Эта работа также выявила ранее неизвестную перекрестную связь между путями FAK и путями PKA и PKC. Кроме того, мы смогли продемонстрировать, что центрифугирование укрепляет плотные соединения, что приводит к эпителизации тканей».
В частности, было интересно обнаружить, что при силовой стимуляции ZO-1 (один из компонентов плотных контактов) накапливается в плотных контактах для укрепления их структуры, что характерно для мезенхимально-эпителиального перехода (MET)-подобное изменение Это явление противоположно эпителиально-мезенхимальному переходу (ЭМП), обнаруживаемому в некоторых клетках во время развития, заживления ран и инвазии/метастазирования рака. Мы предполагаем, что у эмбрионов должен быть механизм обратной связи, который повышает устойчивость тканей к деформации, вызванной силой», - сказал профессор Уэно.
Эти результаты были опубликованы 6 марта 2019 года в журнале Cell Systems.