Muskler är anslutna till senor för att driva djurrörelser som löpning, simmar eller flyger. Krafter produceras av kontraktila kedjor av proteinerna aktin och myosin, som drar på muskel-senanslutningar som kallas bilagor. Under djurens utveckling, dessa muskel-senfästen måste upprättas så att de motstår höga mekaniska krafter under hela djurets liv. Ett tvärvetenskapligt team av forskare från Marseille (Frankrike), München och Münster (båda Tyskland) har nu kunnat kvantifiera de mekaniska krafter som överförs av ett nyckelfästprotein som kallas Talin.

Forskarna använde flygmusklerna hos fruktflugan Drosophila för dessa molekylära kraftmätningar och fann att en förvånansvärt liten andel av talinmolekylerna upplever påvisbara krafter vid utveckling av muskelsägen. De fann också att muskler hanterar de ökande vävnadskrafterna genom att rekrytera ett stort antal talinmolekyler till bilagor. Den här vägen, många talinmolekyler kan dynamiskt dela de höga toppkrafter som produceras under muskelsammandragningar, till exempel när du flyger. "Detta mekaniska anpassningskoncept säkerställer att muskel-senanslutningar kan vara livet ut, säger Sandra Lemke, en doktorsexamen student i biologi vid Max Planck Institute of Biochemistry som genomförde de flesta experimenten. Studien leddes av Dr Frank Schnorrer från Developmental Biology Institute vid Aix-Marseille University och professor Dr. Carsten Grashoff vid University of Münster. Dessa nya resultat har publicerats i tidskriften PLOS Biologi .

Integrinbaserade vidhäftningar är viktiga kraftavkännande strukturer hos djurceller för att känna och motstå mekaniska krafter. Integrinreceptorer är en viktig komponent i sådana strukturer som sitter vid cellytan och sonderar miljön utanför cellen och binder till ena änden av Talin inuti cellen. Den andra änden av Talin binder till det kontraktila aktin-myosin-cytoskeletet, så Talin är på den perfekta platsen för att bearbeta molekylära krafter. Forskarna satte därför in en fluorescerande kraftsensor i proteintalinet för att undersöka molekylära krafter med hjälp av mikroskopimetoder.

Tidigare studier av forskargruppen som leds av Carsten Grashoff vid Institute for Molecular Cell Biology vid Münster University hade redan visat att 70 procent av alla talinmolekyler utsätts för höga krafter i så kallade fokalhäftningar, när celler placeras på hårda plast- eller glasunderlag i laboratoriet. Därför, resultaten av denna nya studie är mycket överraskande:Mindre än 15 procent av Talin -molekylerna "kände" mätbara krafter vid utveckling av muskelfästningar i en intakt organism. Det är viktigt att veta att en muskel kopplad till senceller befinner sig i en mycket mjukare miljö jämfört med celler i en hård plastskål i laboratoriet. Än, utveckla muskler måste förutse höga krafter som genereras under muskelsammandragningar i framtiden i den vuxna flugan. För att förbereda sig för det, muskler rekryterar många Talin- och Integrin -molekyler i sina celladhesioner.

Forskarna minskade antalet talinmolekyler som finns i flygmusklerna hos fruktflugor med hjälp av molekylära genetiska metoder. Flugorna kunde fortfarande överleva efter ingreppet, men deras muskel-senans förbindelser sprack under de första flygförsöken, så flugorna kunde inte längre flyga. Dessa resultat visar att anslutningar mellan celler dynamiskt måste anpassa sig till varje vävnads behov för att säkerställa livslång funktion. I framtiden, Det kommer att bli spännande att utforska hur mekaniska signaler uppnår rekrytering av rätt antal molekyler till lämplig plats i cellerna.