Группа исследователей под руководством Карен Каса, доцента кафедры машиностроения Клэр Бут Люс, использовала эмбрион дрозофилы для моделирования мутаций болезней человека, которые влияют на двигательную активность миозина. Посредством визуализации in vivo и биофизического анализа они продемонстрировали, что инженерия человеческих мутаций, связанных с заболеванием MYH9, в миозин II Drosophila производит двигатели с измененной организацией и динамикой, которые не могут управлять быстрыми движениями клеток, что приводит к дефектам эпителиального морфогенеза. Исследование – первое, которое продемонстрировало, что эти мутации приводят к более медленным движениям клеток in vivo – было опубликовано 15 октября 2019 года PNAS.
«В настоящее время невозможно наблюдать, что происходит на клеточном уровне, когда эти гены мутируют у людей, и все еще очень сложно сделать это на модельных организмах млекопитающих, таких как мыши», – говорит Каса, ведущий автор исследования, который начал исследование как постдокторант в Институте Слоан Кеттеринг и продолжила его, когда присоединилась к Columbia Engineering в 2016 году.
Поскольку существует так много общего между белком миозина II у людей и у плодовых мушек, подход Каса заключался в том, чтобы начать с изучения того, как «наблюдать» за эффектами мутаций миозина II у плодовых мушек.
Ее группа преобразовала мутации болезней человека в миозин плодовой мушки, а затем наблюдала, как это влияет на поведение белков, клеток и тканей в организме.
Они использовали конфокальную флуоресцентную визуализацию с высоким разрешением, чтобы снять видео процесса, вместе с биофизическими подходами, такими как лазерная абляция или лазерное наноразрезание, чтобы измерить силы, создаваемые мутировавшими моторными белками миозина II in vivo.
Каса обнаружил, что, хотя мутировавшие моторные белки миозина II фактически попадали в нужные места внутри клеток и могли генерировать силу, мелкомасштабная организация белков миозина и скорость их движения внутри клеток отличались от нормальных диких белков. белок миозина -типа. Команда увидела более медленное движение клеток в тканях, что привело к аномалиям формы эмбриона во время развития.
«Наблюдая за тем, как клетки движутся и генерируют силы внутри живых тканей, мы обнаружили новые ключи к разгадке того, почему мутации в гене MYH9 вызывают широкий спектр заболеваний у людей."Каса замечает. "Наша работа проливает новый свет на то, как моторные белки генерируют силы внутри живых тканей и как генетические факторы изменяют эти силы, что приводит к болезни. Это механистическое понимание поможет нам лучше понять эти заболевания и в будущем может привести к новым диагностическим или терапевтическим стратегиям."
В настоящее время исследователи работают над новыми подходами, позволяющими очень точно управлять силами, генерируемыми миозиновыми двигателями внутри живых клеток и тканей. Эти новые инструменты помогут команде раскрыть, как механические силы влияют на биохимические процессы, которые контролируют клеточные движения и судьбу клеток.
Эти исследования будут иметь важное значение для лучшего понимания того, как нарушение регуляции механических сил способствует развитию болезни.