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Ligand Binding Sites02:40

Ligand Binding Sites

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Proteins are dynamic macromolecules that carry out a wide variety of essential processes; however, the activities of most proteins depend on their interactions with other molecules or ions, known as ligands.
Protein-ligand interactions are quite specific; even though numerous potential ligands surround a cellular protein at any given time, only a particular ligand can bind to that protein. Moreover, a ligand binds only to a dedicated area on the surface of the protein, known as the...
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Cell-matrix's Response to Mechanical Forces01:13

Cell-matrix's Response to Mechanical Forces

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In animal cells, the extracellular matrix allows cells within tissues to withstand external stresses and transmits signals from the outside of the cell to the inside. The extracellular matrix is extensive, and its composition varies between different types of tissues. For example, the reticular fibers and ground substance make up the ECM in loose connective tissue, while collagen and bone minerals make up the ECM of bone tissue. 
Anchoring junctions mechanically attach a cell to the...
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Types of Signaling Molecules01:32

Types of Signaling Molecules

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In multicellular organisms, many molecules transmit signals between cells to pass information. These signals vary in complexity and include small peptides, nucleotides, steroids, fatty acid derivatives, and dissolved gases such as nitric oxide. Some signaling molecules diffuse through the plasma membrane to act locally between neighboring cells or travel long distances. Others remain attached to the cell surface, transmitting information to other cells only when they make contact. In some...
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Selectins01:25

Selectins

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Cell adhesion is  an essential aspect of multicellularity. While stable cell interactions usually occur between cells of the same type, transient cell interactions occur between cells of different tissue types, such as between neutrophils and endothelial cells. Selectins are one class of cell adhesion molecules (CAMs) that bind carbohydrate ligands to form transient cell adhesion. They are rod-like proteins with a long extracellular part of variable length ending with the lectin domain,...
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Ligand Binding and Linkage00:49

Ligand Binding and Linkage

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Allosteric proteins have more than one ligand binding site; the binding of a ligand to any of these sites influences the binding of ligands to the other sites. When a protein is allosteric, its binding sites are called coupled or linked.  In the case of enzymes, the site that binds to the substrate is known as the active site and the other site is known as the regulatory site. When a ligand binds to the regulatory site, this leads to conformational changes in the protein that can influence...
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Activation of Integrins01:15

Activation of Integrins

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Integrins bind ligands and transmit information from outside the cell to inside or vice-versa through an "outside-in signaling" or "inside-out signaling."
In "outside-in signaling," external factors in the extracellular space bind to exposed ligand binding sites on integrins. This causes the inactive protein to undergo a conformational change to become active. Integrins are often clustered on the cell membrane. Repetitive and regularly spaced ligand binding...
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  • 1Institute for Bioengineering of Catalonia (IBEC), the Barcelona Institute of Technology (BIST), 08028 Barcelona, Spain.

Nature
|December 7, 2017
PubMed
Resumen

Las células perciben su entorno por la forma en que están espaciados los ligandos de la matriz extracelular (ECM). Este espaciamiento, no la medición directa, influye en la adhesión celular y la regulación YAP, impactando el comportamiento celular.

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Área de la Ciencia:

  • Biología celular
  • La biofísica
  • Ciencias de los materiales

Sus antecedentes:

  • Las células interactúan con la matriz extracelular (ECM) a través de integrinas para detectar propiedades físicas.
  • Investigaciones anteriores sugirieron que las células utilizan espaciamiento de ligandos a escala nanométrica para regular la adhesión, lo que implica un mecanismo de regla molecular.
  • La adhesión mediada por integrina y la formación de adhesión focal son cruciales para las funciones celulares y están influenciadas por el microambiente físico.

Objetivo del estudio:

  • Investigar cómo las células perciben el espaciamiento de los ligandos ECM y la rigidez del sustrato.
  • Aclarar los mecanismos subyacentes a la formación y regulación de la adhesión focal en respuesta a las señales físicas.
  • Explorar el papel de la distribución del ligando y la mecánica del sustrato en la regulación de la transcripción YAP.

Principales métodos:

  • Desarrollo de sustratos de hidrogel sintonizables con densidad y espaciado controlado del ligando ECM.
  • Técnicas de microscopía para observar la dinámica de adhesión focal y la morfología celular.
  • Modelado computacional utilizando un modelo de embrague molecular expandido para simular las interacciones integrina-ECM.
  • Medición de las fuerzas de tracción celular y velocidades de flujo de actina.

Principales resultados:

  • El crecimiento de la adhesión focal se promueve por el aumento del espaciamiento de los ligandos en sustratos de baja rigidez, pero conduce al colapso de la adhesión en sustratos de alta rigidez.
  • La distribución desordenada del ligando mejora el crecimiento de la adhesión pero reduce el umbral de rigidez para el colapso.
  • La localización YAP (proteína asociada al sí) (nuclear o citosólica) se correlaciona con el crecimiento y el colapso de la adhesión focal.
  • El modelo de embrague molecular predice con precisión la dinámica de adhesión observada basada en la carga de fuerza y el reclutamiento de integrinas.

Conclusiones:

  • La detección celular de la información espacial del ECM está mediada por el reclutamiento y la redistribución de integrinas dependientes de la fuerza, no por la medición directa del espaciamiento de los ligandos.
  • La rigidez del sustrato y la distribución del ligando interactúan para controlar la formación de la adhesión focal, la estabilidad y la regulación transcripcional mediada por YAP.
  • Este estudio proporciona un marco para comprender la detección física a nanoescala en las células, crucial para diversos procesos biológicos.