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MPI für Biochemie, Am Klopferspitz 18, 82152 Martinsried

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Dr. Carsten Grashoff
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MPI für Biochemie, Am Klopferspitz 18, 82152 Martinsried

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Molekulare Mechanotransduktion

Molekulare Mechanotransduktion

Zellen im Zugzwang

Mit Hilfe des Kraftsensors können Kräfte entlang des Proteins Vinculin gemessen werden (blau/grün: hohe Kräfte, gelb/rot: niedrige Kräfte).
Mit Hilfe des Kraftsensors können Kräfte entlang des Proteins Vinculin gemessen werden (blau/grün: hohe Kräfte, gelb/rot: niedrige Kräfte). [weniger]

Zellen sind in unserem Körper einer Vielzahl von mechanischen Kräften ausgesetzt: sie stehen unter Druck, werden gedehnt oder gezogen. Carsten Grashoff hat sich zum Ziel gesetzt, den Einfluss dieser Belastungen auf Zellen genauer zu verstehen. Mit seiner Forschungsgruppe entwickelte er deshalb ein System, mit dem sich mikroskopisch genau ermitteln lässt, wie viel Kraft auf einzelne Proteine in Zellen wirkt.

Der Forscher erhielt dabei Schützenhilfe von der Goldene Seidenspinne Nephila clavipes, die auf dem amerikanischen Kontinent weit verbreitet ist. Sie produziert einen außerordentlich reißfesten und elastischen Spinnfaden, der bereits als Ausgangsstoff für Textilien und Sicherheitsgurte erprobt wird. Grashoff verwendet einen Bestandteil dieser Wunderseide für seine Forschung: das überaus elastische Protein Flagelliform, welches von geringen Kräften gedehnt werden kann.

Leuchtsignale
Das neue Verfahren beruht auf einem physikalischen Effekt genannt FRET (Förster Resonance Energy Transfer), der zwischen zwei unterschiedlich fluoreszierenden Molekülen auftritt. Liegen die beiden Proteine nah beieinander, kann Energie von einem Protein auf das andere übergehen und es damit zum Leuchten bringen. Grashoff hat nun zwei Moleküle mit dem Spinnenprotein Flagelliform verbunden und kann über die Fluoreszenz der Proteine den Abstand und damit die Zugkraft messen, die auf das Verbindungsstück Flagelliform wirkt. Durch genetisches Einbringen dieses Kraftsensors in Proteine können so extrem kleine Kräfte bestimmt werden.

Molekulares Kräftemessen
Die Forscher konnten bereits am Beispiel des Proteins Vinkulin zeigen, dass ihr System funktioniert. Vinkulin liegt innen an der Zellmembran und wird für die Fortbewegung der Zelle benötigt. Mit Hilfe seiner neuen Methode konnte Grashoff nachweisen, dass während der Zellwanderung nicht alle Vinkulin-Moleküle gleichmäßig strapaziert werden: nur die Moleküle, die in „Marschrichtung“ der Zelle liegen, werden gedehnt – während alle anderen die Sache ganz entspannt angehen lassen können.

 
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