Biyolojik hücrelerin mikroskopik görüntüleri: sağ üst (yeşil) – Fibroblastlardaki vimentin ara filamentleri; sol alt (kırmızı) – Epitel hücrelerinde keratin ara filamentleri. Ölçek: 10 mikron. Kaynak: sağ üst (yeşil): Ulrike Rölleke. sol alt (kırmızı): Ruth Meyer
Göttingen Üniversitesi araştırmacıları hücre iskeletinin şaşırtıcı özelliklerini keşfediyor.
Çoğu biyolojik hücrenin bir organizmada sabit bir yeri vardır. Bununla birlikte, bu hücrelerin hareketlilik kazanarak vücutta dolaşabilmelerini sağlayan durumlar vardır. Bu tür oluşumlar, yara iyileşmesi gibi süreçlerde veya kanserli hücreler gelişigüzel bölünüp vücutta yayıldıklarında görülür. Hareketli ve durağan hücrelerin özellikleri birkaç farklılık gösterir; dikkate değer bir tanesi hücre iskeletinin yapısıdır.
Protein liflerinin bu yapısı, hücreleri kararlı, gerilebilir ve dış kuvvetlere karşı dirençli kılar. Bu bağlamda “ara filamentler” önemli bir rol oynamaktadır. İlginç bir şekilde, hareketli ve sabit hücrelerde iki farklı tipte ara filament bulunur. Göttingen Üniversitesi ve ETH Zürih’teki araştırmacılar, iki filamanın mekanik özelliklerini hassas bir şekilde ölçmeyi ve tanımlamayı başardılar. Bu süreçte biyolojik olmayan malzemelerle paralellikler keşfettiler. Sonuçlar Matter dergisinde yayınlandı.
Bilim adamları, liflerin gerilim altında nasıl davrandığını araştırmak için optik cımbız kullandılar. Filamentlerin uçlarını minik plastik boncuklara tutturdular ve daha sonra bunları bir lazer ışını yardımıyla kontrollü bir şekilde hareket ettirdiler. Bu, vimentin ve keratin olarak bilinen iki farklı filament türünü gerdi. Araştırmacılar, esneme için hangi kuvvetlerin gerekli olduğunu ve farklı iplikçiklerin birkaç kez gerildiklerinde nasıl davrandıklarını hesapladılar.
Şaşırtıcı bir şekilde, iki farklı iplikçik, tekrar tekrar gerildiğinde zıt şekillerde davranır: vimentin iplikçikleri daha yumuşak hale gelir ve tutunur. uzunlukları arttıkça keratin lifleri uzar ve sertliklerini korur.
Deneysel sonuçlar, moleküler etkileşimlerin bilgisayar simülasyonlarıyla eşleşir: araştırmacılar, vimentin liflerinde, birkaç bileşenden oluşan jellere benzer yapıların açıldığını varsayar; keratin filamanlarında, metallerde olduğu gibi yapıların birbirine karşı kaydığını varsayarlar. Her iki mekanizma da, hücre iskeletindeki ara filament ağlarının hasar görmeden çok güçlü bir şekilde deforme olabileceğini açıklar. Bununla birlikte, bu koruyucu faktör temelde farklı fiziksel ilkelerle açıklanmaktadır.
“Bu sonuçlar, farklı hücre türlerinin neden bu kadar farklı mekanik özelliklere sahip olduğu konusundaki anlayışımızı genişletiyor” diye açıklıyor çalışmanın baş yazarı Dr. Charlotta Lorenz. Göttingen Üniversitesi X-Ray Fiziği Enstitüsü’nden ve çalışmanın lideri Profesör Sarah Köster şunları ekliyor: “Doğadan öğrenebilir ve özellikleri gereksinimlere uyacak şekilde seçilebilen veya tasarlanabilen yeni, sürdürülebilir ve dönüştürülebilir malzemelerin tasarımı hakkında düşünebiliriz. tam olarak.”
Referans: “Keratin filaman mekaniği ve enerji dağılımı metal benzeri plastiklik tarafından belirlenir”, yazan Charlotta Lorenz, Johanna Forsting, Robert W. Style, Stefan Klumpp ve Sarah Köster, 22 Mayıs 2023, Matter.
DOI: 10.1016/j.matt.2023.04.014