Autonom DNA Nano-vinschaktivering av integrinsignalering. A Transmembranreceptorintegrinet (blått) existerar som en kompakt αβ-heterodimer. Integriner överför applicerade mekaniska påfrestningar, mellan 1 och 15 pN, och rekryterar ytterligare proteiner för att sätta samman fokala adhesioner, inklusive Focal Adhesion Kinase (FAK), som blir fosforylerad vid rest Y397 efter mekanisk stimulering av integrin. Tillägg av två antikroppar med donator, D, och acceptor, A, märkningar tillåter detektion av fosforylerad FAK i en LRET-analys. Båda antikropparna binder till fosforylerad FAK (Y397-P) och framkallar en detekterbar hög LRET-signal, medan endast en enda antikropp binder i frånvaro av fosforylering vilket ger en låg LRET-signal. B MCF-7-celler i suspension var 1, lämnad obehandlad kontroll, 2, inkuberade med RGD-konjugerad oligonukleotid, 3, inkuberade med cRGD-funktionaliserad kolvcylinderorigami, 4, inkuberade med icke-funktionaliserade Nano-vinschar, 5, inkuberade med cRGD-funktionaliserad Nano-vinsch. Celler lyserades sedan och FAK-fosforylering. Bakgrundssignalen, R0 , av enbart antikroppar subtraherades från signalen från lyserade celler i experimentella och kontrollförhållanden beräknade från förhållandet mellan acceptor- och donatorfluorescensintensiteter, RAD . Resultaten är genomsnittet av minst tre oberoende experiment. Felstaplar representerar standardavvikelsen, statistisk signifikans bestämdes genom envägsanalys av varians med jämförelse med den obehandlade kontrollen (***P < 0,001). Kredit:Nature Communications (2022). DOI:10.1038/s41467-022-30745-2, https://www.nature.com/articles/s41467-022-30745-2
Att konstruera en liten robot från DNA och använda den för att studera cellprocesser som är osynliga för blotta ögat... Du skulle bli förlåten för att tro att det är science fiction, men det är faktiskt föremål för seriös forskning av forskare från Inserm, CNRS och Université de Montpellier vid Structural Biology Centre i Montpellier. Denna mycket innovativa "nano-robot" bör möjliggöra närmare studier av de mekaniska krafter som appliceras på mikroskopiska nivåer, vilka är avgörande för många biologiska och patologiska processer. Det beskrivs i en ny studie publicerad i Nature Communications .
Våra celler utsätts för mekaniska krafter som utövas i mikroskopisk skala, vilket utlöser biologiska signaler som är viktiga för många cellprocesser som är involverade i vår kropps normala funktion eller i utvecklingen av sjukdomar.
Till exempel är känslan av beröring delvis villkorad av att mekaniska krafter appliceras på specifika cellreceptorer (vars upptäckt belönades i år av Nobelpriset i fysiologi eller medicin). Förutom beröring möjliggör dessa receptorer som är känsliga för mekaniska krafter (kända som mekanoreceptorer) reglering av andra viktiga biologiska processer såsom blodkärlsförträngning, smärtuppfattning, andning eller till och med detektering av ljudvågor i örat, etc.
Dysfunktionen hos denna cellulära mekanokänslighet är involverad i många sjukdomar - till exempel cancer:cancerceller migrerar in i kroppen genom att låta och ständigt anpassa sig till de mekaniska egenskaperna i deras mikromiljö. Sådan anpassning är endast möjlig eftersom specifika krafter detekteras av mekanoreceptorer som överför informationen till cellcytoskelettet.
För närvarande är vår kunskap om dessa molekylära mekanismer involverade i cellmekanokänslighet fortfarande mycket begränsad. Flera tekniker finns redan tillgängliga för att applicera kontrollerade krafter och studera dessa mekanismer, men de har ett antal begränsningar. Framför allt är de mycket dyra och tillåter oss inte att studera flera cellreceptorer samtidigt, vilket gör användningen mycket tidskrävande om vi vill samla in mycket data.
DNA-origamistrukturer
För att föreslå ett alternativ beslutade forskargruppen under ledning av Inserm-forskaren Gaëtan Bellot vid Structural Biology Centre (Inserm/CNRS/Université de Montpellier) att använda DNA-origamimetoden. Detta möjliggör självmontering av 3D-nanostrukturer i en fördefinierad form med hjälp av DNA-molekylen som konstruktionsmaterial. Under de senaste tio åren har tekniken möjliggjort stora framsteg inom nanoteknikområdet.
Detta gjorde det möjligt för forskarna att designa en "nano-robot" som består av tre DNA-origamistrukturer. Av nanometrisk storlek är den därför kompatibel med storleken på en mänsklig cell. Det gör det möjligt för första gången att applicera och kontrollera en kraft med en upplösning på 1 piconewton, nämligen en biljondel av en Newton – med 1 Newton som motsvarar kraften av ett finger som klickar på en penna. Detta är första gången som ett människotillverkat, självmonterat DNA-baserat föremål kan utöva kraft med denna precision.
Teamet började med att koppla ihop roboten med en molekyl som känner igen en mekanoreceptor. Detta gjorde det möjligt att rikta roboten till några av våra celler och specifikt applicera krafter på riktade mekanoreceptorer lokaliserade på ytan av cellerna för att aktivera dem.
Ett sådant verktyg är mycket värdefullt för grundforskning, eftersom det skulle kunna användas för att bättre förstå de molekylära mekanismerna som är involverade i cellmekanokänslighet och upptäcka nya cellreceptorer som är känsliga för mekaniska krafter. Tack vare roboten kommer forskarna också att kunna studera mer exakt i vilket ögonblick, när man använder kraft, viktiga signalvägar för många biologiska och patologiska processer som aktiveras på cellnivå.
"Designen av en robot som möjliggör in vitro och in vivo tillämpning av piconewton-krafter möter en växande efterfrågan inom forskarvärlden och representerar ett stort tekniskt framsteg. Robotens biokompatibilitet kan dock betraktas som både en fördel för in vivo-applikationer men kan också representera en svaghet med känslighet för enzymer som kan bryta ner DNA. Så vårt nästa steg blir att studera hur vi kan modifiera ytan på roboten så att den är mindre känslig för enzymers verkan. Vi ska också försöka hitta andra lägen för aktivering av vår robot med till exempel ett magnetfält", säger Bellot. + Utforska vidare
