컨텐츠 메뉴
● 소개
>> 기본 구조
>> 프렛 메커니즘
>> 교정 및 정량화
● 장점과 한계
>> 장점
>> 제한
>> 세포 접착 및 이동
>> 암 생물학
>> 상처 치유
>> 심혈관 생물학
● 미래의 방향
● 결론
>> 3. Vinculin 장력 센서를 사용하는 장점은 무엇입니까?
>> 5. Vinculin 장력 센서의 생물 의학 연구 영역에서 어떤 영역에서는 적용 할 수 있습니까?
● 인용 :
세포는 세포 행동 및 기능을 조절하는 데 중요한 역할을하는 다양한 기계적 힘을 지속적으로 적용합니다. 이러한 기계적 신호는 세포 접착력, 이동, 분화 및 증식과 같은 과정에 영향을 줄 수 있습니다. 세포가 다양한 생물학적 과정을 이해하고 새로운 치료 전략을 개발하기 위해서는 세포를 어떻게 감지하고 반응하는지 이해하는 것이 필수적이다 [2] [5]. 유비쿼터스 세포 골격 단백질 인 Vinculin은 초점 접착제 (FAS)에서 Actin Cytoskeleton에 integrins를 연결함으로써 Mechanotransduction에서 중심적인 역할을한다. 초점 접착은 세포-외상 세포 매트릭스 (ECM) 상호 작용을 매개하고 기계적 앵커로서 작용하여 세포가 외부 힘을 감지하고 반응하도록하는 동적 단백질 복합체이다 [1] [2].
빈 쿨린 장력 센서는 연구원들이 세포 내에서 빈 쿨린 분자가 경험하는 기계적 힘을 직접 측정 할 수있는 강력한 도구입니다. 이 센서는 Förster Resonance Energy Transfer (FRET)를 기반으로합니다. FRET (FRET)는 에너지가 근접 할 때 두 개의 형광 단백질 (FPS) 사이에서 에너지가 전달되는 현상을 기반으로합니다 [1] [9]. Vinculin 헤드와 꼬리 도메인 사이에 유연한 링커를 삽입하여 FPS와 함께 측면으로함으로써 연구자들은 장력에 대한 반응으로 프렛 효율을 변화시키는 센서를 만들 수 있습니다 [1]. Vinculin이 긴장 상태가되면 FPS가 분리되어 프렛 효율이 감소합니다. 반대로, 빈 쿨린이 긴장이 낮을 때, FPS는 서로 더 가깝기 때문에 FRET 효율이 높아집니다 [1].
이 기사는 생의학 연구에서 빈 쿨린 장력 센서의 설계, 기능 및 응용을 탐구합니다. 우리는 이러한 센서의 작동 방식, 장점 및 한계 및 다양한 생물학적 맥락에서 역학을 이해하는 데 사용되는 방법을 탐구합니다. 또한이 기술에 대한 포괄적 인 개요를 제공하기 위해 자주 묻는 질문 (FAQ)을 해결할 것입니다.
Vinculin 장력 센서는 초점 접착의 주요 단백질 인 Vinculin이 경험하는 기계적 장력을 측정하도록 설계되었습니다. 이 센서는 일반적으로 다음 구성 요소로 구성됩니다 [1] [2] :
- 빈 쿨린 헤드 및 테일 도메인 : 센서에는 빈 쿨린 단백질의 헤드 및 꼬리 도메인이 포함되어 있으며, 이는 메카 니트 랜트 디포트에서의 기능에 필수적입니다 [1].
- 프렛 모듈 : 유연한 링커, 종종 탄성 폴리펩티드가 헤드와 테일 도메인 사이에 삽입됩니다. 이 링커는 공여자 및 수용체 인 2 개의 형광 단백질 (FPS)에 의해 측면으로되어있어 Förster 공명 에너지 전달 (FRET) [1] [9]를 가능하게합니다.
- 형광 단백질 (FPS) : 사용 된 일반적인 FPS에는 시안 형광 단백질 (CFP) 및 황색 형광 단백질 (YFP) 또는 클로버 및 MRUBY2와 같은 더 많은 고급 쌍이 포함되어 있으며, 이는 개선 된 광 물리적 특성을 제공합니다 [2].
Vinculin 장력 센서는 Förster 공명 에너지 전달 (FRET)의 원리에 따라 작동합니다. FRET은 근접성이있을 때 에너지가 공여자 불계에서 수용체 형광 단으로 전달되는 과정입니다. FRET의 효율은 공여자와 수용체 사이의 거리에 크게 의존한다 [1] [9].
1. 높은 장력 : 빈 쿨린이 장력을 가질 때 센서에 적용되는 힘은 공여자와 수용체 FPS 사이의 거리가 증가합니다. 이 증가 된 거리는 FRET의 효율을 감소시켜 FRET 신호가 더 낮습니다 [1].
2. 긴장 : 반대로, 빈 쿨린이 장력이 낮을 때, 기증자 및 수용자 FP는 근접합니다. 이 근접성은 FRET의 효율을 증가시켜 FRET 신호가 더 높아집니다 [1].
성능과 감도를 최적화하기 위해 여러 유형의 빈 쿨린 장력 센서가 개발되었습니다. 여기에는 다음이 포함됩니다.
- Vints (Vinculin Tension Sensor) : 원래 디자인은 Vinculin의 헤드 및 꼬리 도메인으로 구성되어 있습니다 [1]. 낮은 장력에서 높은 장력과 높은 프렛 효율로 FRET 효율이 낮습니다 [1].
-Vintl (Vinculin tailless) :이 프로브는 꼬리 도메인이 누락되어 긴장에 둔감하고 프렛 효율이 높아집니다 [1]. 그것은 장력 독립적 FRET 변화에 대한 제어 역할을한다 [1].
-Opt-Vints (최적화 된 빈 쿨린 장력 센서) :이 최적화 된 센서는 9 개의 반복 확장 도메인 (GGSGGS) 9)을 통합하여 기계적 감도를 향상시켜 빈 쿨린 전반에 걸쳐 장력 변화를보다 정확하게 감지 할 수 있습니다 [2].
빈 쿨린 장력 센서의 FRET 신호를 정확하게 해석하려면 교정 및 정량화가 필수적입니다 [2].
- 시험 관내 교정 : FRET 효율과 적용된 힘 사이의 관계를 확립하기 위해 초기 교정을 수행했습니다. 그러나 * 셀룰로 * 조건은 종종 이온 강도, pH 및 크라우 딩 효과의 변화로 인해 * 내 시험 관내 * 환경과 유의하게 다릅니다 [2].
- 셀룰로 캘리브레이션에서 : * 내 시험 관내 * 교정의 한계를 해결하기 위해, 연구원들은 셀룰로 * 교정 방법에서 * 개발되었습니다. 이들 방법은 세포 내에서 직접 확장 가능한 도메인에 사용 된 구조화되지 않은 폴리펩티드의 기계적 특성을 측정하는 것을 포함한다 [2].
-모델 기반 교정 : 첫 번째 원리 모델은 확장 도메인으로 사용되는 구조화되지 않은 폴리펩티드의 기계적 특성의 셀룰로 * 측정에서 *를 사용하여 TSMOD 기계적 감도를 예측할 수 있습니다. 이 모델은 환경 요인에 대한 * 캘리브레이션 * 캘리브레이션의 필요성을 우회하는 데 도움이됩니다 [2].
- FRET 효율 분석 : FRET 효율은 공여자 방출에 대한 수용체 방출의 비율을 측정하여 정량화됩니다. 이 비율의 변화는 Vinculin의 긴장의 변화를 나타냅니다 [1] [9].
프렛 효율 = I 수용자 i 기증자
- 정규화 : 프렛 효율 데이터는 종종 발현 수준 및 배경 형광의 변화를 설명하기 위해 정규화됩니다 [2].
- 분자력의 직접적인 측정 : 빈 쿨린 장력 센서는 빈 컬린이 경험하는 기계적 힘을 초점 접착력에서 측정하는 직접적인 방법을 제공합니다 [1] [2].
- 높은 감도 : Opt-Vint와 같은 최적화 된 센서는 감도가 향상되어 세포 내에서 장력 분포의 미묘한 변화를 감지 할 수 있습니다 [2].
-실시간 모니터링 : FRET 기반 센서는 살아있는 세포에서 빈 쿨린 장력을 실시간으로 모니터링하는 데 사용될 수 있으며, 메아 니트 컨디션 프로세스에 대한 역동적 인 정보를 제공합니다 [1].
- 공간 해상도 :이 센서는 공간 분해능을 제공하여 개별 초점 접착력과 셀에 걸쳐 장력 분포를 매핑 할 수 있습니다 [2].
- 다목적 성 : 빈 쿨린 장력 센서는 다양한 세포 유형 및 실험 조건에서 사용하여 다른 생물학적 맥락에서 메카 니트 컨디션을 연구 할 수 있습니다 [1] [9].
- 교정 문제 : 셀룰러 환경과 센서 특성의 변화로 인해 FRET 신호의 정확한 교정이 어려울 수 있습니다 [2].
- 환경 감도 : FRET 효율은 pH, 온도 및 이온 강도와 같은 요인에 의해 영향을받을 수 있으며, 실험 조건의 신중한 제어가 필요합니다 [2].
- 광표백 : 여기 광에 장기간 노출되면 형광 단백질의 광표백을 유발하여 시간이 지남에 따라 신호 강도가 줄어 듭니다 [2].
- 센서 섭동 : 장력 센서의 과발현은 잠재적으로 내인성 빈 쿨린 기능 및 세포 역학을 교란시킬 수 있습니다 [2].
- 데이터 해석 : FRET 데이터 해석에는 정확한 결론을 보장하기 위해 잠재적 인 아티팩트 및 제어를 신중하게 고려해야합니다 [2].
Vinculin 장력 센서는 생물 의학 연구에서 수많은 응용을 발견하여 다양한 생리 학적 및 병리학 적 과정에서 메카 니트 런트 디런에 대한 귀중한 통찰력을 제공했습니다.
세포 접착 및 이동은 발달, 상처 치유 및 암 전이의 기본 과정입니다. 빈 쿨린은 초점 접착에서 세포 -ECM 상호 작용을 매개함으로써 이들 과정에서 중요한 역할을한다 [1] [2].
- 연구 : 빈 쿨린 장력 센서는 기계적 힘이 다른 기판에서 세포 접착력 및 이동을 조절하는 방법을 조사하는 데 사용되었습니다 [1]. 연구원들은 세포가 더 딱딱한 기질에 더 높은 장력을 발휘하여 더 강한 접착력과 더 빠른 이동을 촉진한다는 것을 보여 주었다 [2].
- 발견 :이 센서는 또한 빈 쿨린의 장력이 초점 유착의 조립 및 확대와 관련이 있으며, 초점 유착을 분해하거나 슬라이딩하는 데 낮은 장력이 관찰된다는 것을 밝혀 냈습니다 [3].
기계적 힘은 암 발달 및 진행에 중요한 역할을합니다. 종양 세포는 주변 세포 외 매트릭스 및 간질 세포와 상호 작용하여 종양 성장, 침습 및 전이에 영향을 미치는 기계적 힘을 생성합니다 [1].
- 연구 : 빈 쿨린 장력 센서는 뼈 미세 환경에서 종양 세포와 골 세포 (뼈 세포) 사이의 상호 작용을 연구하는 데 사용되었습니다 [1]. 그들은 종양 세포가 골 세포에 가깝게 위치 할 때 감소 된 인장력과 낮은 세포 운동성을 나타낸다는 것을 발견했다 [1].
- 발견 :이 센서는 분자력과 세포 운동성 사이의 연계를 평가하여 종양 세포가 미세 환경에서 기계적 신호에 어떻게 반응하는지에 대한 통찰력을 제공 할 수 있습니다 [1].
뉴런은 신경 발달, 축삭 안내 및 시냅스 형성에 중요한 역할을하는 기계적 신호에 매우 민감합니다. Vinculin은 뉴런에서의 역학 분열에 필수적이다 [9].
- 연구 : 빈 쿨린 장력 센서는 피질 뉴런의 1 차 배양에서 사용되어 뉴런 성장 원뿔에서 빈 쿨린의 기능을 조사했습니다 [9].
- 발견 :이 연구는 신경의 역학을 연구하기 위해 Vints를 사용하여 신경 발달 및 기능을 조절하는 방법을 이해하기위한 토대를 제공하는 타당성을 보여줍니다 [9].
상처 치유는 세포 이동, ECM 리모델링 및 조직 재생과 관련된 복잡한 과정입니다. 기계적 힘은 이러한 사건을 조절하는 데 중요한 역할을합니다 [2].
- 연구 : 빈 쿨린 장력 센서를 사용하여 상처 치유 중에 기계적 힘이 섬유 아세포 이동 및 ECM 증착에 미치는 영향을 조사 할 수 있습니다 [2].
- 발견 : 섬유 아세포에서 빈 쿨린의 긴장을 측정함으로써, 연구자들은 세포가 상처 미세 환경의 기계적 신호에 어떻게 반응하고 조직 복구에 기여하는지에 대한 통찰력을 얻을 수있다 [2].
기계적 힘은 혈관의 구조와 기능을 조절하는 데 중요합니다. 혈관의 내부 표면에 정렬되는 내피 세포는 유체 전단 응력 및 기계적 스트레치에 지속적으로 노출됩니다 [2].
- 연구 : 빈 쿨린 장력 센서가 내피 세포가 이러한 기계적 힘에 어떻게 반응하여 혈관 리모델링 및 질병에 영향을 미치는지 연구하는 데 사용될 수 있습니다 [2].
- 발견 :이 센서는 다양한 기계적 조건에서 내피 세포 접착, 이동 및 장벽 기능을 매개하는 데 빈 쿨린의 역할에 대한 통찰력을 제공 할 수 있습니다 [2].
Vinculin 장력 센서가 역학에 대한 우리의 이해를 크게 발전 시켰지만, 여전히 추가 개발 및 적용 기회가 여전히 있습니다.
- 향상된 센서 설계 : 향후 센서는 고감도, 동적 범위 및 안정성으로 설계 될 수 있으며 분자력의보다 정확하고 신뢰할 수있는 측정을 제공 할 수 있습니다 [2].
- 다중 센서 접근법 : Vinculin 장력 센서와 다른 접착 단백질 또는 ECM 강성의 측정력과 같은 다른 바이오 센서와 결합하면 기계 운동 공정의보다 포괄적 인 그림을 제공 할 수 있습니다 [2].
- 생체 내 응용 분야 : Vinculin 장력 센서를 사용하기위한 전략 개발 * 생체 내 * *는보다 생리 학적으로 관련된 맥락에서 메카 니트 컨디션을 연구 할 수 있습니다 [2].
-고 처리량 스크리닝 : 고 처리량 스크리닝을위한 빈 쿨린 장력 센서 기술을 적응하면 기계적 분열 경로를 조절하는 새로운 약물의 발견을 촉진 할 수 있습니다 [2].
빈 쿨린 장력 센서는 세포 내에서 빈 쿨린이 경험하는 기계적 힘을 직접 측정하기위한 귀중한 도구입니다. 이 센서는 세포 접착력, 이동, 암 생물학, 신경 역학, 상처 치유 및 심혈관 생물학을 포함한 다양한 생물학적 과정에서 메카 니 트랜스 션에 대한 상당한 통찰력을 제공했다 [1] [2] [9]. 일부 한계에도 불구하고 센서 설계, 교정 방법 및 응용 분야의 지속적인 발전은 생물 의학 연구에서 빈 쿨린 장력 센서의 유용성을 계속 확장하고 있습니다. 분자력의 직접적인 판독을 제공함으로써, 이들 센서는 세포가 기계적 신호에 어떻게 감지하고 반응하는지에 대한 더 깊은 이해에 기여하며, 기계적 분열 경로를 표적으로하는 새로운 치료 전략의 길을 열었다.
빈 쿨린 장력 센서는 국소 접착의 주요 단백질 인 Vinculin이 경험하는 기계적 힘을 측정하는 데 사용되는 분자 도구입니다. Vinculin 분자의 장력 변화를 감지하기 위해 Förster 공명 에너지 전달 (FRET)을 사용합니다 [1] [9].
센서는 빈 쿨린 헤드 및 테일 도메인으로 구성되며, 유연한 링커와 2 개의 형광 단백질 (FPS)이 삽입됩니다. Vinculin이 긴장 상태가되면 FPS가 분리되어 프렛 효율이 감소합니다. 반대로, 장력이 낮을 때 FPS가 더 가까워서 프렛 효율이 증가합니다 [1].
장점으로는 분자력의 직접 측정, 고 감도 (특히 OPT-Vints와 같은 최적화 버전), 라이브 세포의 실시간 모니터링, 공간 해상도 및 다양한 세포 유형 및 실험 조건의 다양성이 포함됩니다 [1] [2].
한계에는 교정 문제, 환경 감도, 형광 단백질의 광표백, 내인성 빈 쿨린 기능의 잠재적 섭동 및 신중한 데이터 해석의 필요성이 포함됩니다 [2].
빈 쿨린 장력 센서는 세포 접착 및 이동, 암 생물학, 신경 역학, 상처 치유 및 심혈관 생물학과 같은 영역에 적용될 수 있으며, 기계적 힘이 이러한 과정에 어떤 영향을 미치는지에 대한 통찰력을 제공합니다 [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-of-bioluminescent-resonance_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/
