Utilizando una herramienta única de medición de fuerza de una sola molécula, un equipo de investigación ha desarrollado una comprensión más clara de cómo las plaquetas perciben las fuerzas mecánicas que encuentran durante el sangrado para iniciar el proceso en cascada que conduce a la coagulación de la sangre.
Más allá de proporcionar una mejor comprensión de este proceso corporal vital, la investigación de una molécula mecanorreceptora que desencadena la coagulación podría proporcionar un nuevo objetivo potencial para la intervención terapéutica. La coagulación excesiva puede conducir a ataques cardíacos y accidentes cerebrovasculares, los principales asesinos en todo el mundo, mientras que la coagulación insuficientepermite hemorragias potencialmente mortales.
"Hemos abierto una nueva puerta para estudiar cómo la fuerza mecánica desencadena señales bioquímicas dentro de las células vivas", dijo Lining Arnold Ju, que era parte del equipo que realizaba la investigación como estudiante de doctorado en Wallace H.Departamento de Ingeniería Biomédica de Coulter en Georgia Tech y Emory University.
Ahora, investigador postdoctoral en la Universidad de Sydney y el Instituto de Investigación del Corazón, Ju trabajó con el estudiante graduado de Georgia Tech, Yunfeng Chen, para llevar a cabo la investigación en el laboratorio del profesor Cheng Zhu en el Departamento de Coulter. También parte de la investigación fueronLingzhou Xue de la Universidad Penn State y Xiaoping Du de la Universidad de Illinois en Chicago.
La investigación, apoyada por los Institutos Nacionales de Salud y la National Science Foundation, se informó el 19 de julio en la revista eLife. Se cree que es el primer estudio detallado de mecanobiología sobre cómo las fuerzas mecánicas que actúan sobre una sola molécula en una plaquetadetectado y transducido en señales bioquímicas. Más allá de la coagulación de la sangre, el trabajo podría tener implicaciones para otros sistemas celulares que responden a la fuerza mecánica.
Al comienzo del proceso de coagulación, las plaquetas humanas usan una molécula altamente especializada conocida como glucoproteína Ibα GPIbα para recibir señales mecánicas. En un proceso conocido como mecanosensing, la información mecánica se convierte en señales químicas: la liberación de diferentestipos de iones de calcio, que alteran la adhesión entre las plaquetas y otros componentes del proceso de coagulación.Utilizando su equipo experimental único, el equipo de investigación correlacionó varias fuerzas aplicadas a la molécula GPIbα con diferentes señales químicas, trabajando para comprender el funcionamiento de este transductor naturalconstruido en plaquetas humanas.
Los investigadores anotaron en su artículo cómo las células perciben su entorno mecánico y transducen fuerzas en señales bioquímicas es una pregunta crucial, pero no resuelta en mecanobiología. Los investigadores estudiaron cómo las fuerzas mecánicas fuera de las plaquetas desencadenan la liberación de iones de calcio dentro de las células.Aplicaron fuerza sobre la molécula GPIbα mediante la unión del factor von Willebrand y una forma mutante de esta proteína plasmática que causa la enfermedad de von Willibrand, un trastorno hemorrágico.
Los investigadores observaron dos eventos mecánicos distintos: el despliegue de dos dominios de GPIbα geométricamente separados. Descubrieron que estos dos eventos ocurren sinérgicamente para transmitir la información sobre las fuerzas que actúan sobre GPIbα, permitiendo que la molécula perciba tanto la magnitud de la fuerzay cuánto tiempo se ejerce.
Los dos eventos que se desarrollan desempeñan papeles distintos en la determinación de la cantidad y calidad de las señales: la fuerza y los tipos de iones de calcio disparados por las plaquetas. La fuerza de la señal está relacionada con la duración de la fuerza, señaló Chen, quienRecientemente obtuve un doctorado en bioingeniería y pronto será becario postdoctoral en el Instituto de Investigación Scripps en La Jolla, California.
"La molécula GPlbα está unida al factor von Willebrand, que se prolonga mediante el despliegue de un dominio GPIbα", dijo. "Pero el tipo de señal fuerte siempre sigue al despliegue del otro dominio GPIbα, que se mejora"Tirando prolongado a una fuerza alta", agregó Chen. "Estas propiedades generan cooperatividad, un efecto sinérgico que resulta en la mayor cantidad y calidad de señalización a una fuerza óptima donde dura más tiempo".
Sin embargo, los investigadores descubrieron que la mutación del factor von Willebrand asociada con la enfermedad de von Willibrand tipo 2B elimina la sinergia entre los dos eventos que se desarrollan, evitando que la molécula GPIbα transduzca eficientemente señales mecánicas en señales bioquímicas.
"Durante años, los investigadores habían pensado que el problema era únicamente el defecto en la adhesión de las plaquetas", dijo Zhu. "Pero nuestra investigación revela otro defecto: la maquinaria de detección de mecano no funciona bien en presencia de esta mutación.las plaquetas simplemente no reciben la señal que lo activaría "
Ese conocimiento podría conducir a nuevos tratamientos para la mutación y a nuevos medicamentos para ayudar a controlar la coagulación.
"Hemos proporcionado alguna evidencia molecular para sugerir bajo qué escenarios la plaqueta responderá anormalmente", dijo Ju. "Esperamos que esto pueda ser un objetivo para un nuevo agente terapéutico para el tratamiento de la trombosis biomecánica. Hemos proporcionado algunos nuevos mecanismos molecularesideas sobre este proceso "
El nanotool único desarrollado por los investigadores se conoce como la sonda de fuerza de biomembrana de fluorescencia. La sonda utiliza un glóbulo rojo para aplicar fuerza a una sola molécula en una plaqueta. Mientras se aplica la fuerza, los investigadores pueden examinar el cambio en el calcioiones liberados dentro de la plaqueta por fluorescencia. La capacidad para tal medición concurrente es clave para descubrir el mecanismo de mecanosensibilidad GPIbα en una plaqueta viva.
"En este trabajo, visualizamos los cambios conformacionales en una sola proteína y el evento de señalización posterior dentro de una célula al mismo tiempo", explicó Ju. "Una molécula GPlbα en la superficie de las plaquetas se desplegó cuando tiramos de ella con una fuerzaen la escala de los piconewtons. Ese cambio conformacional molecular desencadena la liberación de iones de calcio en las plaquetas, lo que les indica que se vuelvan más adhesivos y más reactivos ".
Los dos dominios GPIbα estudiados por los investigadores existen ampliamente en muchas familias de proteínas. Los métodos desarrollados por Ju y sus colaboradores en este trabajo pueden usarse para analizar la mecano-detección en otros sistemas biológicos.
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Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Georgia . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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