Muskeln verbunden sind, um die sehnen an die macht tierischen Bewegungen wie laufen, schwimmen oder Fliegen. Kräfte entstehen durch kontraktile Ketten der Proteine Aktin und myosin, die ziehen an Muskel-sehnen-verbindungen, die sogenannten Anlagen. Während der tierischen Entwicklung, diese Muskel-sehnen-Anlagen müssen hergestellt werden, so dass Sie widerstehen hohen mechanischen Kräften für die gesamte Lebensdauer des Tieres. Ein interdisziplinäres Forscherteam aus Marseille (Frankreich), München und Münster (beide Deutschland) hat jetzt in der Lage zu quantifizieren, die mechanische Kräfte übertragen, die durch eine Schlüssel-attachment protein namens Talin.
Die Forscher verwendeten die flugmuskeln der Taufliege Drosophila für diese molekulare Kraft-Messungen und festgestellt, dass ein überraschend kleiner Anteil der Moleküle Talin Erfahrungen nachweisbaren Kräfte, die auf die Entwicklung von Muskel-sehnen-Anlagen. Sie fanden auch, dass die Muskeln befassen sich mit der Erhöhung der Gewebe-Kräfte, die durch die Rekrutierung einer hohen Anzahl von Talin-Moleküle Anhängen. Diese Weise viele Moleküle Talin dynamisch teilen, die hohen Gipfel Kräfte, die bei Muskelkontraktionen, zum Beispiel beim Fliegen. „Diese mechanische Anpassung-Konzept sorgt dafür, dass Muskel-sehnen-verbindungen können für die letzten Lebens“, sagt Sandra Lemke, Doktorand in Biologie am Max-Planck-Institut für Biochemie, durchgeführt die meisten Experimente. Die Studie wurde geleitet von Dr. Frank Schnorrer aus der Entwicklungsbiologie-Institut an der Aix-Marseille-Universität und Prof. Dr. Carsten Grashoff an der Universität Münster. Diese neuen Ergebnisse wurden veröffentlicht in der Zeitschrift PLOS Biology.
Hintergrund und Methode
Integrin-basierte Adhäsionen sind wichtige Kraft-sensing-Strukturen von tierischen Zellen zu fühlen und zu widerstehen, mechanische Kräfte. Integrin-Rezeptoren sind ein wichtiger Bestandteil solcher Strukturen sitzen an der Oberfläche der Zelle Sondieren die Umgebung außerhalb der Zelle und die Bindung an ein Ende von Talin im inneren der Zelle. Das andere Ende von Talin bindet an den kontraktilen Aktin-myosin-zytoskeletts, so dass Talin ist der perfekte Ausgangspunkt für eine Prozess-molekulare Kräfte. Die Forscher deshalb eingefügt, um eine fluoreszierende force sensor in das protein talin, um zu untersuchen molekulare Kräfte mittels Mikroskopie-Methoden.
Frühere Studien der Arbeitsgruppe unter der Leitung von Carsten Grashoff am Institut für Molekulare Zellbiologie an der Münster Universität hatte sich bereits gezeigt, dass 70 Prozent aller Talin Moleküle ausgesetzt sind, hohe Kräfte in sogenannten fokalen Adhäsionen, wenn die Zellen werden so platziert, hart-Kunststoff oder Glas-Substraten im Labor. Daher werden die Ergebnisse dieser neuen Studie sind sehr überraschend: Weniger als 15 Prozent der Talin-Moleküle „gefühlt“ messbare Kräfte auf die Entwicklung von Muskel-Anhänge in einem intakten Organismus. Es ist wichtig zu wissen, dass ein Muskel verbunden mit sehnen-Zellen ist in einer viel weicheren Umgebung im Vergleich zu Zellen, die in eine harte Kunststoff-Schale im Labor. Dennoch, die Entwicklung von Muskeln, muss damit rechnen, hohen Kräfte, die während der Muskelkontraktionen in der Zukunft in der Erwachsenen Fliegen. Vorbereitung, Muskeln rekrutieren viele Talin und Integrin-Moleküle in Ihren Zell-Adhäsionen.
Reduzierten die Wissenschaftler die Anzahl der talin-Moleküle präsentieren in der flugmuskeln von Drosophila-Fliegen mit molekular-genetischen Methoden. Die Fliegen waren immer noch in der Lage zu überleben, nach der intervention, aber Ihre Muskel-sehnen-verbindungen gerissen während der ersten Flug-versuche, so dass die Fliegen nicht mehr in der Lage zu Fliegen. Diese Ergebnisse zeigen, dass die verbindungen zwischen den Zellen müssen sich dynamisch anpassen, um die Bedürfnisse der einzelnen Gewebe zu gewährleisten lebenslange Funktion. In Zukunft wird es spannend sein zu erforschen, wie der mechanische Signale erreichen die Rekrutierung der richtigen Anzahl von Molekülen an der entsprechenden Stelle in den Zellen.