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Dr. Carsten Grashoff
Dr. Carsten Grashoff

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Wie werden mechanische Kräfte in Zellen verarbeitet?

Forschungsgruppe "Molekulare Mechanotransduktion" (Carsten Grashoff)

Zellen sind in unserem Körper einer Vielzahl von mechanischen Kräften ausgesetzt und werden kontinuierlich komprimiert, geschert oder gezogen. Unsere Zellen reagieren auf solche mechanischen Stimulationen, doch wie genau mechanische Kräfte verarbeitet werden ist weitestgehend unklar, da es kaum Methoden gibt, mit denen Kräfte in Zellen gemessen werden können. Carsten Grashoff und seine Forschungsgruppe entwickeln daher Methoden, mit denen sich mikroskopisch genau ermitteln lässt, wann und wo Kraft auf einzelne Proteine in Zellen wirkt. Als Werkzeug nutzen sie hierfür elastische Proteine wie das Spinnenfadenprotein Flagelliform, das schon durch geringe Kräfte gedehnt werden kann. Die Forscher kombinieren die Eigenschaften solcher elastischen Proteine mit einem physikalischen Effekt genannt FRET (Förster Resonanz Energie Transfer), der zwischen zwei unterschiedlich fluoreszierenden Molekülen auftreten kann und vom Abstand beider Moleküle abhängt. Werden die zwei Fluorophore mit einem elastischen Protein verbunden, das sich unter Kraft ausdehnt - und somit die Distanz zwischen den fluoreszierenden Proteinen vergrößert – kann die mechanische Kraft durch FRET Messung ermittelt werden.
Die Forscher konnten bereits am Beispiel des Adhäsionsproteins Vinkulin zeigen, dass ihr System funktioniert; Vinkulin liegt innen an der Zellmembran und wird für die Fortbewegung der Zelle benötigt. Wie in der Abbildung gezeigt können Bereiche hoher Kräfte (hier in blau/grün) von Regionen niedriger Kraft (gelb/rot) unterschieden werden. Solche Experimente ermöglichen nun, die Mechanismen der Kraftübertragung in lebenden Zellen genauer zu untersuchen.

 
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