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Que é Mechanobiology?

As pilhas são afectadas por forças físicas?

Compreende-se que os sinais bioquímicos afectam pilhas, mas tem-se reconhecido recentemente que as forças físicas podem igualmente afectar pilhas. Isto inclui os efeitos da força, a geometria, e a elasticidade da matriz na pilha e a função do tecido, a morfologia, e a regeneração, que tem então o potencial afectar a fisiologia e a patologia.

interacções da proteínaCrédito de imagem: Juan Gaertner/Shutterstock.com

Por exemplo, a forma e a informação física fornecidas pelas influências extracelulares da matriz como a pilha cresce, diferenciam-se, e movem-se. Isto é importante de compreender, como as mudanças nas propriedades físicas da matriz extracelular foram implicadas nas doenças como o cancro e a fibrose.

Mechanobiology é o estudo de como estas forças físicas afectam pilhas e tecidos, assim como de como a função da pilha é controlada por estas forças físicas que afetam a conformação da proteína mechanosensing. Esta área começou quando a biofísica/biomecânica foi aplicada às perguntas na biologia.

Como as forças físicas influenciam pilhas e tecidos?

A forma e a mobilidade das pilhas são influenciado elas são organizadas a propósito, e como as pilhas são organizadas podem ser influenciadas por forças físicas. Isto, por sua vez, influencia então a função do tecido ou do órgão.

Por exemplo, as mudanças conformational afectam as interacções da proteína-proteína, que controlam por sua vez a transcrição do gene, ou as proteínas que movem pilhas, promovem a adesão celular, ou o transporte dos íons entre pilhas, determinaria a forma e a função do tecido.

Estas forças, de facto, ajudam a dar forma a como as pilhas interagem com a matriz extracelular e dão forma assim ao tecido total, e em combinação com factores bioquímicos dentro do microambiente, esta influencia então factores tais como a diferenciação do tecido. Em conseqüência disto, é possível que o mechanobiology igualmente joga um papel na progressão do cancro e como se reproduz por metástese.

Mais especificamente, a diferenciação de células estaminais mesenchymal depende da elasticidade do tecido que é formar; isto é, umas carcaças extracelulares mais macias estiveram mostradas para promover a diferenciação nos neurônios, umas carcaças extracelulares mais duras estiveram mostradas para promover a diferenciação em pilhas de músculo, quando as carcaças extracelulares rígidas forem mostradas para promover se diferenciam em pilhas de osso.

Como mechanosensing trabalha?

Como mencionado acima, mechanosensing é um aspecto importante do mechanobiology. Assim, como faz este trabalho?

Integrins

Integrins é proteínas importantes devido a sua função de conectar o cytoskeleton à matriz extracelular. Esta conexão ocorre nos conjuntos chamados “adesões focais”. Integrins é proteínas da transmembrana feitas de dois subunidades, α, e β. Até agora, 18 subunidades do α e 8 subunidades do β foram encontradas, e estas formam 24 heterodimers diferentes. A maioria destes integrins reconhecem as proteínas múltiplas do alvo que compartilham de um motivo comum, como RGD e LDV.

Os integrins diferentes têm “vidas diferentes” quando sua ligação com a matriz extracelular durar; alguns, tais como αIIbβ3, tiverem uma vida curto sob a carga crescente, quando outro tal como a mostra α5β1 o oposto. O último, α5β1, é conhecido para ter o comportamento da “captura-ligação”, foi mostrado teòrica para actuar como um mechanosensor autônomo, e este é um comportamento comum em resposta às moléculas da adesão.

Cytoskeleton

O cytoskeleton é uma rede de filamentos da proteína, e este dá o apoio às pilhas e permite assim que os tecidos mantenham sua estrutura. O cytoskeleton igualmente dá forças aos tecidos, assegurando-se de que as pressões externos não danifiquem o tecido. Contudo, igualmente permite que os tecidos deformem. Em tecidos mamíferos, o cytoskeleton é formado de três proteínas diferentes; actínio, microtubules, e filamentos intermediários, que são tudo semi-flexíveis; os actínios e os filamentos intermediários estão pensados para fornecer a rigidez, quando os microtubules forem pensados para fornecer o apoio contra a compressão.

O componente do actínio foi mostrado para gerar forças da tracção, mas os estudos recentes mostraram que há uma interferência entre os componentes do cytoskeleton que permite que detecte as propriedades físicas do microambiente do tecido.

Matriz extracelular

A matriz extracelular é uma rede das proteínas a que as pilhas aderem. Isto igualmente fornece o apoio para tecidos e igualmente fornece um reservatório de factores de crescimento, de cytokines, e de enzimas proteolytic. A matriz extracelular pode ser dividida na membrana e no tecido conjuntivo do porão.

A membrana do porão é uma 2D estrutura feita das proteínas tais como o colagénio IV do laminin, o nidogen e os proteoglycans do sulfato do heparan. Este é o que permite que as pilhas polarizadas anexem, como pilhas epiteliais e pilhas endothelial.

O tecido conjuntivo, por outro lado, é 3D e feito primeiramente de collagens, de proteoglycans, e de glycosaminoglycans fibrillar. Como estes componentes são organizados depende do tecido; por exemplo, estas fibrilas são grossas nos tecidos que exigem a resistência à tracção, tal como os tendões.

Os estudos mostraram que as pilhas que são cultivadas sobre uma 2D matriz extracelular respondem às propriedades da matriz e que o comportamento celular tal como a adesão, o espalhamento, a migração, e as interacções mesmo da expressão genética e da pilha-pilha são modelados pela matriz extracelular. Contudo, é obscura se a detecção é com a aplicação do esforço constante ou detectando quanto deformação ocorre.

Fontes

Lim, C.T e co. (2010) Mechanobiology. J.R. Soc. Relação https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2943884/

Jansen, K.A. e co. (2015) Um guia ao mechanobiology: Onde a biologia e a física se encontram. Acta de Biochimica e de Biophysica (BBA) - pesquisa molecular https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0167488915001536 da pilha

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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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