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Quel est Mechanobiology ?

Est-ce que cellules sont affectées par les forces matérielles ?

On le comprend que les signes biochimiques affectent des cellules, mais récent on l'a identifié que les forces matérielles peuvent également affecter des cellules. Ceci comprend les effets de la force, la géométrie, et l'élasticité de modification sur le fonctionnement de cellules et de tissu, la morphologie, et la régénération, qui a alors le potentiel d'affecter la physiologie et la pathologie.

interactions de protéinesCrédit d'image : Juan Gaertner/Shutterstock.com

Par exemple, la forme et l'information matérielle fournies par les influences de matrice extracellulaire comment la cellule se développe, différencie, et déménage. Il est important comprendre ce, comme des changements des propriétés physiques de la matrice extracellulaire a été impliqués dans les maladies comme le cancer et la fibrose.

Mechanobiology est l'étude de la façon dont ces forces matérielles affectent des cellules et des tissus, ainsi que de la façon dont le fonctionnement de cellules est réglé par ces forces matérielles affectant la conformation de protéine par mechanosensing. Cet endroit a commencé quand la biophysique/biomécanique a été appliquée aux questions dans la biologie.

Comment les forces matérielles influencent-elles des cellules et des tissus ?

La forme et la motilité des cellules sont influencé par la manière elles sont dispensées, et comment des cellules sont dispensées peuvent être influencées par les forces matérielles. Ceci, consécutivement, influence alors le fonctionnement du tissu ou de l'organe.

Par exemple, les modifications conformationnelles affectent les interactions protéine-protéine, qui règlent à leur tour la transcription des gènes, ou les protéines qui déménagent des cellules, introduisent l'adhérence cellulaire, ou le transport des ions entre les cellules, déterminerait la forme et le fonctionnement du tissu.

Ces forces, en fait, aident à former comment les cellules agissent l'un sur l'autre avec la matrice extracellulaire et forment ainsi le tissu général, et en combination avec des facteurs biochimiques dans le micro-environnement, ceci influence alors des facteurs tels que la différenciation de tissu. En raison de ceci, il est possible que le mechanobiology joue également un rôle dans l'étape progressive du cancer et comment il métastase.

Plus particulièrement, la différenciation de cellules souche mésenchymateuse dépend de l'élasticité du tissu qu'elle est de former ; c.-à-d., des substrats extracellulaires plus mous ont été montrés pour introduire la différenciation dans des neurones, des substrats extracellulaires plus raides ont été montrés pour introduire la différenciation dans des cellules musculaires, alors que des substrats extracellulaires rigides ont été montrés pour s'introduire différencient dans des cellules d'os.

Comment mechanosensing fonctionne ?

Comme mentionné ci-dessus, mechanosensing est un aspect important de mechanobiology. Ainsi, comment va-t-il ce travail ?

Intégrines

Les intégrines sont les protéines importantes dues à leur fonctionnement de brancher le cytosquelette à la matrice extracellulaire. Ce lien se produit dans les adhérences « focales » de boîtiers appelées. Les intégrines sont des protéines de transmembrane faites en deux sous-unités, α, et β. Jusqu'ici, 18 sous-unités de α et 8 sous-unités de β ont été trouvées, et ceux-ci forment 24 hétérodimères différents. La plupart de ces intégrines identifient les protéines multicible qui partagent un motif courant, comme le RGD et le LDV.

Les différentes intégrines ont différentes « vies » tandis que son obligation avec la matrice extracellulaire dure ; certains, tels que αIIbβ3, ont une vie courte sous la charge croissante, alors que d'autres tel que l'exposition α5β1 l'opposé. Ce dernier, α5β1, est connu pour avoir le comportement de « loquet-obligation », a été théoriquement montré pour agir en tant que mechanosensor autonome, et c'est un comportement courant en réponse aux molécules d'adhésion.

Cytosquelette

Le cytosquelette est un réseau des filaments de protéine, et ceci donne le support aux cellules et permet ainsi à des tissus de mettre à jour sa structure. Le cytosquelette donne également des forces aux tissus, s'assurant que les pressions externes n'endommagent pas le tissu. Cependant, il permet également à des tissus de se déformer. En tissus mammifères, le cytosquelette est constitué de trois protéines différentes ; actine, microtubules, et filaments intermédiaires, qui sont tous semi-flexibles ; des actines et les filaments intermédiaires sont pensés pour fournir la dureté, alors que des microtubules sont pensés pour fournir le support contre le compactage.

La composante d'actine a été montrée pour produire des forces de traction, mais les études récentes ont prouvé qu'il y a une interférence entre les composantes du cytosquelette qui lui permet de détecter les propriétés physiques du micro-environnement de tissu.

Matrice extracellulaire

La matrice extracellulaire est un réseau des protéines auxquelles les cellules adhèrent. Ceci fournit également le support pour des tissus et fournit également un réservoir des facteurs de croissance, des cytokines, et des enzymes protéolytiques. La matrice extracellulaire peut être divisée en membrane basale et tissu conjonctif.

La membrane basale est une 2D structure faite de protéines telles que le collagène IV de laminin, le nidogen et les protéoglycanes de héparane-sulfate. C'est ce qui permet aux cellules polarisées de fixer, comme des cellules épithéliales et des cellules endothéliales.

Le tissu conjonctif, d'autre part, est 3D et principalement effectué des collagènes, des protéoglycanes, et des glycosaminoglycanes fibrillaires. Comment ces composantes sont dispensées dépend du tissu ; par exemple, ces fibrilles sont épaisses en tissus qui exigent la résistance à la traction, telle que des tendons.

Les études ont prouvé que les cellules qui sont cultivées sur une 2D matrice extracellulaire répondent aux propriétés de la modification et qui le comportement cellulaire tel que l'adhérence, la propagation, le transfert, et même l'expression du gène et les interactions cellule-cellule sont modélisé par la matrice extracellulaire. Cependant, elle est peu claire si la détection est par l'application de la tension continuelle ou en détectant combien de déformation se produit.

Sources

Lim, C.T et Cie. (2010) Mechanobiology. J.R. Soc. Surface adjacente https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2943884/

Guide de Jansen, de K.A. et de Cie. (2015) A de mechanobiology : Là où la biologie et la physique se réunissent. Acta de Biochimica et de Biophysica (BBA) - recherche moléculaire https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0167488915001536 de cellules

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Last Updated: Jan 6, 2020

Dr. Maho Yokoyama

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Dr. Maho Yokoyama

Dr. Maho Yokoyama is a researcher and science writer. She was awarded her Ph.D. from the University of Bath, UK, following a thesis in the field of Microbiology, where she applied functional genomics to Staphylococcus aureus . During her doctoral studies, Maho collaborated with other academics on several papers and even published some of her own work in peer-reviewed scientific journals. She also presented her work at academic conferences around the world.

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