Vistas: 222 Autor: Leah Publish Hora: 2025-02-13 Origen: Sitio
Menú de contenido
● Diseño y función de sensores de tensión de vinculina
>> Tipos de sensores de tensión de vinculina
>> Calibración y cuantificación
>> Ventajas
>> Limitaciones
● Aplicaciones en investigación biomédica
>> Adhesión celular y migración
>> Mecanotransducción neuronal
● Preguntas frecuentes (preguntas frecuentes)
>> 1. ¿Qué es un sensor de tensión de vinculina?
>> 2. ¿Cómo funciona un sensor de tensión de vinculina?
>> 3. ¿Cuáles son las ventajas de usar sensores de tensión de vinculina?
>> 4. ¿Cuáles son las limitaciones de los sensores de tensión de vinculina?
>> 5. ¿En qué áreas de investigación biomédica se pueden aplicar sensores de tensión de vinculina?
● Citas:
Las células se someten continuamente a una variedad de fuerzas mecánicas que juegan un papel crucial en la regulación del comportamiento y la función celular. Estas señales mecánicas pueden influir en procesos como la adhesión celular, la migración, la diferenciación y la proliferación. Comprender cómo las células sienten y responden a estas fuerzas es esencial para comprender varios procesos biológicos y desarrollar nuevas estrategias terapéuticas [2] [5]. La vinculina, una proteína citosquelética ubicua, juega un papel central en la mecanotransducción al vincular las integrinas con el citoesqueleto de actina en adherencias focales (FAS). Las adherencias focales son complejos de proteínas dinámicas que median las interacciones de la matriz extracelular de células (ECM) y sirven como anclajes mecánicos, lo que permite que las células sientan y respondan a las fuerzas externas [1] [2].
Los sensores de tensión de la vinculina son herramientas poderosas que permiten a los investigadores medir directamente las fuerzas mecánicas experimentadas por las moléculas de vinculina dentro de las células. Estos sensores se basan en la transferencia de energía de resonancia Förster (FRET), un fenómeno en el que la energía se transfiere entre dos proteínas fluorescentes (FPS) cuando están muy cerca [1] [9]. Al insertar un enlazador flexible entre los dominios de la cabeza y la cola de la vinculina y flanquearlo con FPS, los investigadores pueden crear un sensor que cambie su eficiencia FRET en respuesta a la tensión [1]. Cuando la vinculina está bajo tensión, el FPS se separa, reduciendo la eficiencia de FRET. Por el contrario, cuando la vinculina está bajo baja tensión, los FP están más juntos, lo que resulta en una mayor eficiencia de FRET [1].
Este artículo explora el diseño, la función y las aplicaciones de los sensores de tensión de la vinculina en la investigación biomédica. Profundamos en cómo funcionan estos sensores, sus ventajas y limitaciones, y su uso en la comprensión de la mecanotransducción en varios contextos biológicos. Además, abordaremos preguntas frecuentes (FAQ) para proporcionar una descripción completa de esta tecnología.
Los sensores de tensión de vinculina están diseñados para medir la tensión mecánica experimentada por la vinvulina, una proteína clave en las adherencias focales. Estos sensores generalmente consisten en los siguientes componentes [1] [2]:
- Dominios de cabeza y cola de vinculina: el sensor incluye los dominios de cabeza y cola de la proteína de vinculina, que son esenciales para su función en la mecanotransducción [1].
- Módulo FRET: un enlazador flexible, a menudo un polipéptido elástico, se inserta entre los dominios de cabeza y cola. Este enlazador está flanqueado por dos proteínas fluorescentes (FPS), un donante y un aceptador, lo que permite la transferencia de energía de resonancia Förster (FRET) [1] [9].
- Proteínas fluorescentes (FPS): los FP comunes utilizados incluyen proteína fluorescente cian (CFP) y proteína fluorescente amarilla (YFP), o pares más avanzados como Clover y Mruby2, que proporcionan propiedades fotofísicas mejoradas [2].
El sensor de tensión de la vinculina opera en función del principio de la transferencia de energía de resonancia Förster (FRET). FRET es un proceso en el que la energía se transfiere de un fluoróforo donante a un fluoróforo aceptador cuando están muy cerca. La eficiencia de FRET depende en gran medida de la distancia entre el donante y el aceptador [1] [9].
1. Alta tensión: cuando la vinculina está bajo tensión, la fuerza aplicada al sensor hace que aumente la distancia entre el donante y el FPS aceptador. Esta distancia aumentada reduce la eficiencia del FRET, lo que resulta en una señal FRET más baja [1].
2. Baja tensión: por el contrario, cuando la vinculina está bajo baja tensión, los FP de donantes y aceptores están más cerca de la proximidad. Esta proximidad aumenta la eficiencia del FRET, lo que resulta en una señal FRET más alta [1].
Se han desarrollado varios tipos de sensores de tensión de vinculina para optimizar el rendimiento y la sensibilidad. Estos incluyen:
- Vints (sensor de tensión de vinculina): el diseño original consiste en los dominios de la cabeza y la cola de la vinculina con un módulo de FRET elástico insertado entre ellos [1]. Exhibe baja eficiencia de FRET bajo alta tensión y alta eficiencia de FRET bajo baja tensión [1].
- VINTL (Tailss de vinculina): esta sonda le falta el dominio de la cola, lo que lo hace insensible a la tensión y resulta en una alta eficiencia de FRET [1]. Sirve como control para los cambios de FRET independientes de la tensión [1].
-OPT-VINTS (sensor de tensión de vinculina optimizado): este sensor optimizado incorpora un dominio extensible de nueve repeticiones (((GGSGG) 9) para mejorar la sensibilidad mecánica, lo que permite una detección más precisa de las variaciones de tensión a través de la vinculina [2].
Para interpretar con precisión la señal FRET de los sensores de tensión de vinculina, la calibración y la cuantificación son esenciales [2].
- Calibración in vitro: las calibraciones iniciales se realizaron * in vitro * para establecer la relación entre la eficiencia FRET y la fuerza aplicada. Sin embargo, * en las condiciones de celular * a menudo difieren significativamente de los entornos * in vitro * debido a las variaciones en la resistencia iónica, el pH y los efectos de hacinamiento [2].
- En la calibración de celular: para abordar las limitaciones de la calibración * in vitro *, los investigadores se han desarrollado * en los métodos de calibración celuloso *. Estos métodos implican medir las propiedades mecánicas de los polipéptidos no estructurados utilizados en el dominio extensible directamente dentro de las células [2].
-Calibración basada en modelos: un modelo de primeros principios puede predecir la sensibilidad mecánica TSMOD usando * en las mediciones de celulo * de las propiedades mecánicas de los polipéptidos no estructurados utilizados como dominio extensible. Este modelo ayuda a eludir la necesidad de calibraciones * in vitro * y explica los factores ambientales [2].
- Análisis de eficiencia FRET: la eficiencia de FRET se cuantifica midiendo la relación de emisión de aceptores a la emisión de donantes. Los cambios en esta relación indican cambios en la tensión a través de la vinculina [1] [9].
FET Eficiencia = I Donor I Donor
- Normalización: los datos de eficiencia FRET a menudo se normalizan para tener en cuenta las variaciones en los niveles de expresión y la fluorescencia de fondo [2].
- Medición directa de las fuerzas moleculares: los sensores de tensión de vinculina proporcionan una forma directa de medir las fuerzas mecánicas experimentadas por la vinculina en adherencias focales [1] [2].
- Alta sensibilidad: los sensores optimizados como OPT-VINTS ofrecen una sensibilidad mejorada, lo que permite la detección de cambios sutiles en la distribución de la tensión dentro de las células [2].
-Monitoreo en tiempo real: los sensores basados en FRET se pueden usar para el monitoreo en tiempo real de la tensión de la vinculina en células vivas, proporcionando información dinámica sobre procesos de mecanotransducción [1].
- Resolución espacial: estos sensores ofrecen resolución espacial, lo que permite el mapeo de distribuciones de tensión dentro de las adherencias focales individuales y en toda la célula [2].
- Versatilidad: los sensores de tensión de vinculina se pueden usar en varios tipos de células y condiciones experimentales para estudiar la mecanotransducción en diferentes contextos biológicos [1] [9].
- Desafíos de calibración: la calibración precisa de las señales FRET puede ser un desafío debido a las variaciones en entornos celulares y propiedades del sensor [2].
- Sensibilidad ambiental: la eficiencia de FRET puede estar influenciada por factores como el pH, la temperatura y la fuerza iónica, que requiere un control cuidadoso de las condiciones experimentales [2].
- Foto -blanqueo: la exposición prolongada a la luz de excitación puede causar foto -blanqueo de las proteínas fluorescentes, reduciendo la intensidad de la señal con el tiempo [2].
- Perturbación del sensor: la sobreexpresión del sensor de tensión puede perturbar potencialmente la función de vinculina endógena y la mecánica celular [2].
- Interpretación de datos: la interpretación de datos FRET requiere una consideración cuidadosa de posibles artefactos y controles para garantizar conclusiones precisas [2].
Los sensores de tensión de la vinculina han encontrado numerosas aplicaciones en la investigación biomédica, proporcionando información valiosa sobre la mecanotransducción en diversos procesos fisiológicos y patológicos.
La adhesión y la migración celular son procesos fundamentales en desarrollo, curación de heridas y metástasis del cáncer. La vinculina juega un papel crítico en estos procesos mediando las interacciones celulares-ECM en adherencias focales [1] [2].
- Estudios: los sensores de tensión de vinculina se han utilizado para investigar cómo las fuerzas mecánicas regulan la adhesión celular y la migración en diferentes sustratos [1]. Los investigadores han demostrado que las células ejercen una mayor tensión en sustratos más rígidos, promoviendo una adhesión más fuerte y una migración más rápida [2].
- Hallazgos: estos sensores también han revelado que la tensión a través de la vinculina está asociada con el ensamblaje y la ampliación de las adherencias focales, mientras que se observa baja tensión en las adherencias focales desmontables o deslizantes [3].
Las fuerzas mecánicas juegan un papel importante en el desarrollo y la progresión del cáncer. Las células tumorales interactúan con la matriz extracelular circundante y las células del estroma, generando fuerzas mecánicas que influyen en el crecimiento tumoral, la invasión y la metástasis [1].
- Estudios: se han utilizado sensores de tensión de vinculina para estudiar la interacción entre las células tumorales y los osteocitos (células óseas) en el microambiente óseo [1]. Encontraron que las células tumorales exhiben fuerzas de tracción disminuidas y baja motilidad celular cuando se colocan cerca de los osteocitos [1].
- Hallazgos: estos sensores pueden evaluar el vínculo entre las fuerzas moleculares y la motilidad celular, proporcionando información sobre cómo las células tumorales responden a las señales mecánicas en su microambiente [1].
Las neuronas son altamente sensibles a las señales mecánicas, que juegan un papel crítico en el desarrollo neuronal, la guía del axón y la formación de sinapsis. La vinculina es esencial para la mecanotransducción en neuronas [9].
- Estudios: los sensores de tensión de la vinculina se han utilizado en cultivos primarios de neuronas corticales para investigar la función de la vinculina en los conos de crecimiento neuronal [9].
- Hallazgos: estos estudios demuestran la viabilidad del uso de VINT para estudiar la mecanotransducción en las neuronas, proporcionando una base para comprender cómo las fuerzas mecánicas regulan el desarrollo y la función neuronales [9].
La curación de heridas es un proceso complejo que involucra migración celular, remodelación de ECM y regeneración de tejidos. Las fuerzas mecánicas juegan un papel crucial en la regulación de estos eventos [2].
- Estudios: los sensores de tensión de vinculina se pueden utilizar para investigar cómo las fuerzas mecánicas influyen en la migración de fibroblastos y la deposición de ECM durante la curación de heridas [2].
- Hallazgos: al medir la tensión a través de la vinculina en fibroblastos, los investigadores pueden obtener información sobre cómo las células responden a las señales mecánicas del microambiente de la herida y contribuir a la reparación del tejido [2].
Las fuerzas mecánicas son críticas para regular la estructura y función de los vasos sanguíneos. Las células endoteliales, que se alinean en la superficie interna de los vasos sanguíneos, se expusen constantemente al estrés por cizallamiento del fluido y el estiramiento mecánico [2].
- Estudios: se pueden usar sensores de tensión de vinculina para estudiar cómo las células endoteliales responden a estas fuerzas mecánicas, influyendo en la remodelación vascular y la enfermedad [2].
- Hallazgos: estos sensores pueden proporcionar información sobre el papel de la vinculina en la mediación de la adhesión de las células endoteliales, la migración y la función de barrera en diferentes condiciones mecánicas [2].
Si bien los sensores de tensión de vinculina han avanzado significativamente nuestra comprensión de la mecanotransducción, todavía hay oportunidades para un mayor desarrollo y aplicación.
- Diseño mejorado del sensor: los sensores futuros podrían diseñarse con sensibilidad mejorada, rango dinámico y estabilidad para proporcionar mediciones más precisas y confiables de las fuerzas moleculares [2].
- Enfoques de sensor múltiple: la combinación de sensores de tensión de vinculina con otros biosensores, como los que miden la fuerza en otras proteínas de adhesión o la rigidez de la ECM, podrían proporcionar una imagen más completa de los procesos de mecanotransducción [2].
- Aplicaciones in vivo: el desarrollo de estrategias para usar sensores de tensión de vinculina * in vivo * permitiría el estudio de la mecanotransducción en contextos más fisiológicamente relevantes [2].
-Detección de alto rendimiento: la adaptación de la tecnología del sensor de tensión de vinculina para la detección de alto rendimiento podría facilitar el descubrimiento de nuevos medicamentos que modulan las vías de mecanotransducción [2].
Los sensores de tensión de vinculina son herramientas valiosas para medir directamente las fuerzas mecánicas experimentadas por la vinculina dentro de las células. Estos sensores han proporcionado información significativa sobre la mecanotransducción en diversos procesos biológicos, incluida la adhesión celular, la migración, la biología del cáncer, la mecanotransducción neuronal, la curación de heridas y la biología cardiovascular [1] [2] [9]. A pesar de algunas limitaciones, los avances continuos en el diseño de sensores, los métodos de calibración y las aplicaciones continúan expandiendo la utilidad de los sensores de tensión de vinculina en la investigación biomédica. Al proporcionar una lectura directa de las fuerzas moleculares, estos sensores contribuyen a una comprensión más profunda de cómo las células sienten y responden a señales mecánicas, allanando el camino para nuevas estrategias terapéuticas dirigidas a las vías de mecanotransducción.
Un sensor de tensión de vinculina es una herramienta molecular utilizada para medir las fuerzas mecánicas experimentadas por la vinvulina, una proteína clave en las adherencias focales. Utiliza la transferencia de energía de resonancia Förster (FRET) para detectar cambios en la tensión a través de la molécula de vinculina [1] [9].
El sensor consiste en los dominios de cabeza y cola de vinculina, con un enlazador flexible y dos proteínas fluorescentes (FPS) insertadas entre ellos. Cuando la vinculina está bajo tensión, el FPS se separa, reduciendo la eficiencia de FRET. Por el contrario, cuando la tensión es baja, los FPS están más cerca, aumentando la eficiencia de FRET [1].
Las ventajas incluyen la medición directa de las fuerzas moleculares, la alta sensibilidad (especialmente en versiones optimizadas como OPT-VINTS), monitoreo en tiempo real en células vivas, resolución espacial y versatilidad en diversos tipos de células y condiciones experimentales [1] [2].
Las limitaciones incluyen desafíos de calibración, sensibilidad ambiental, foto -blanqueo de proteínas fluorescentes, perturbación potencial de la función de vinvulina endógena y la necesidad de una cuidadosa interpretación de datos [2].
Los sensores de tensión de la vinculina se pueden aplicar en áreas como la adhesión y la migración celular, la biología del cáncer, la mecanotransducción neuronal, la curación de heridas y la biología cardiovascular, proporcionando información sobre cómo las fuerzas mecánicas influyen en estos procesos [1] [2] [9].
[1] https://www.nature.com/articles/s41598-019-42132-x
[2] https://elifesciences.org/articles/33927
[3] https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/pmc2901888/
[4] https://elifesciences.org/articles/33927/figures
[5] https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/30024378/
[6] https://www.researchgate.net/figure/nculin-bret-tension-sensor-in-focal-adhesions-a-schematic-f-bioluminescent-resonance_fig1_353745106
[7] https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/pmc3711198/
[8] https://www.mdpi.com/1422-0067/25/11/6198
[9] https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/pmc9150715/
