Als zentrale Mediatoren der Zell-Funktion in biologischen Organismen werden Proteine, die an der Ausführung der praktisch alle zellulären Prozesse. Sie stellen den internen Gerüst, das gibt Zellen Ihre form und ermöglichen, Zellen dynamisch verändern Ihre Morphologie. Sie übernehmen den transport von Substraten hin und her über Membranen, und Sie katalysieren die meisten chemischen Reaktionen, die stattfinden, in den Zellen. Im Zuge dieser Aufgaben viele Proteine ausgesetzt sind externe Kräfte. In der Tat, einige „mechanosensitive“ Proteine effektiv Messen Sie die Stärke der Kräfte, die auf Sie und werden aktiviert, wenn die auferlegte Kraft über einen bestimmten Schwellenwert. Von-Willebrand-Faktor (VWF), die initiiert die Bildung von Blutgerinnseln, ist ein wichtiger Vertreter dieser Klasse.

Die mechanischen Kräfte erforderlich, um zu aktivieren Proteine wie VWF sind oft so klein, daß Ihre Größe nicht ermittelt werden konnte mit vorhandenen Methoden. Nun, ein team von Wissenschaftlern unter der Leitung von LMU-Physiker Martin Benoit und Professor Dr. Jan Lipfert hat eine sehr viel empfindlicher Verfahren. Ihre „magnetische Pinzette‘ quantifizieren können Kräfte, die sind 100-mal kleiner als die Häufig verwendete alternative Methode, die derzeit verfügbar sind. Wie Lipfert und Kollegen berichten in der Zeitschrift PNAS, haben Sie angestellt, die Technik zu beobachten, die Entfaltung des VWF-proteins, unter dem Einfluss von geringen mechanischen Kräfte.

Eine leistungsstarke Methode zur Untersuchung mechanoregulation, ist das so genannte protein-Kraft-Spektroskopie. Dies beinhaltet zerren auf einem einzelnen protein-Molekül und beobachten, wie eine aufgebrachte Kraft ändert seine dreidimensionale Struktur. Bis jetzt die Methode der Wahl für das ziehen wurde ein Rasterkraftmikroskop, das funktioniert am besten im Bereich von 100 piconewton (pN). „Allerdings sind viele molekulare Prozesse werden aktiviert, indem Sie Kräfte, die sind viel schwächer als das“, sagt Lipfert. „Also für Messungen auf der Ebene von einzelnen Molekülen, wir brauchen mehr sensible Messgeräte-es gibt wenig Sinn, mit Hilfe einer Personenwaage zu Wiegen Sie die Zutaten von einem Kuchen.“

Die Forscher entwickelten eine Methode, bei der die Proteine befestigt sind, der an einem Ende auf einer Glasoberfläche und tragen einen tag am anderen Ende, der an winzige magnetische Perlen, und die Montage ist dann zu Unterziehen, um eine externe Magnetfeld. Erweiterung des proteins induziert durch den Bereich Ergebnisse in die vertikale Verschiebung der einzelnen Perle, die entdeckt werden können durch Mikroskopie. „Diese Art von set-up bezeichnet man als magnetische Pinzette“, erklärt Lipfert. „Es hat den großen Vorteil, dass es uns erlaubt, zu übernehmen und zu lösen sehr schwache Kräfte — deutlich weniger als 1 piconewton — an das protein von Interesse. Darüber hinaus magnetischen Pinzetten ermöglichen eine sehr stabile Messungen über lange Zeiträume-bis zu einer Woche!“

Testen Sie die neue Methode, die LMU-Gruppe verwendet VWF als Ihre Ziel-protein. In der Blutbahn, VWF zirkuliert als ein multimer der Dimere aus zwei identischen Untereinheiten. Unter normalen Bedingungen des Blutflusses, hat es eine relativ kompakte, kugelige form. Allerdings, eine Erhöhung der Scherkräfte im Blutstrom aufgrund einer Verletzung der Gefässe bewirkt, dass vWF zu entfalten. Dadurch entstehen Bindungsstellen für Rezeptoren auf den Blutplättchen. Die Bindung von VWF an Thrombozyten wiederum löst eine reaktionskaskade führt zu Blutgerinnung, die versiegelt die Wunde. „Die Kaskade induziert wird, die durch die Aktion auf das Molekül die mechanischen Kräfte, die schwächer sind als diejenigen, die gemessen worden sind bis jetzt“, sagt Lipfert. Analyse der entpacken von VWF-Dimere mit magnetischen Pinzetten zeigte, dass die so genannte VWF-Stamm öffnet sich unter einer angewandten Kraft von weniger als 1 pN, wenn die Untereinheiten der dimer auseinander gezogen, wie die zwei Hälften eines Reißverschlusses. „Wir gehen davon aus, dass dieses Muster von Verhalten, die wir beobachten konnten zum ersten mal, ist der erste Schritt in der Blutgerinnung“, sagt Lipfert. „Unser Ansatz bietet ein detailliertes Bild der Kräfte und die Veränderungen in der Erweiterung beteiligt bei der Entfaltung des proteins. Wir sind zuversichtlich, dass die zukünftige Anwendung der Methode wird dazu beitragen, zu einem besseren Verständnis der Wirkungsweise von VWF und die Rolle der klinisch relevanten Mutationen.“