Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Das kleine Kräftemessen

05.11.2015

Mithilfe von Talin können Zellen mechanische Reize wahrnehmen

Ob wir uns in ein Daunenbett kuscheln oder eine harte Pritsche bevorzugen, ist meist eine Frage der persönlichen Vorliebe. Bei Zellen aber werden das Wachstum, die Entwicklung oder die Bewegung auf vorhersagbare Weise von der Steifheit ihrer Umgebung beeinflusst.


Das zelluläre Protein Talin (rot), hält bei der Anheftung von Zellen an Oberflächen mechanische Kräfte von etwa sieben bis zehn Piko-Newton aus. Dabei steht es in direkter Verbindung mit dem dem Zellskelett (grau). Mit Hilfe dieser Bindung bestimmen Zellen die Steifigkeit ihrer unmittelbaren Umgebung. Dies verstärkt die Haftung der Zelle auf harten Oberflächen (links). Kann die mechanische Talin-Bindung nicht gebildet werden (rechts), können die Zellen nicht mehr erkennen, wie steif ihre Umgebung ist.

© MPI für Biochemie/Carsten Grashoff

Wie allerdings mechanische Informationen von Zellen erkannt und weiterverarbeitet werden, ist weitestgehend unklar. Wie in Nature Cell Biology berichtet, hat ein Team um Carsten Grashoff vom Max-Planck-Institut für Biochemie in Martinsried bei München eine Methode entwickelt, mit der sich genau untersuchen lässt, wie Zellen die mechanischen Eigenschaften von Geweben erkennen.

Zellen spüren die mechanischen Eigenschaften ihrer unmittelbaren Umgebung, etwa Nachbarzellen, die sie umgebende extrazelluläre Matrix und physikalischen Stress. Dabei übersetzen sie mechanische Kräfte in biochemische Signale, die sich wiederum auf das Verhalten der Zellen selbst – von der Differenzierung bis zum hin programmierten Zelltod – auswirken. Allerdings liegen die mechanischen Kräfte, die entlang einzelner Moleküle wirken, im Bereich von nur wenigen Piko-Newton. Kräfte in dieser Größenordnung, konnten mit konventionellen Methoden nicht untersucht werden.

Grashoff und seine Kollegen haben nun fluoreszierende Sonden entwickelt, die bei Krafteinwirkungen von wenigen Piko-Newton ihre Farbe ändern. Werden diese genetisch in ein Protein inseriert, können die molekular wirkenden Kräfte mikroskopisch in lebenden Zellen bestimmt werden. Die Forscher konnten mit Hilfe dieser Methode nun zeigen, dass einer der Hauptakteure, das zelluläre Protein Talin-1, bei der Anheftung von Zellen an Oberflächen mechanische Kräfte von etwa sieben bis zehn Piko-Newton aushält. „Überraschend war für uns, wie kritisch diese Bindung für das mechanische Empfinden der Zellen ist, denn Zellen ohne funktionierendes Talin sind mechanisch so gut wie taub und können sich nicht mehr auf ihre mechanische Umgebung einstellen", sagt Grashoff.

Da fast alle Zellen unseres Körpers eine oder mehrere Formen von Talin produzieren, ist es wahrscheinlich, dass der neu gezeigte Mechanismus für die Entwicklung und Funktion der meisten Organe wichtig ist. Die neue Methode wird daher vermutlich breite Anwendung finden auch weil sich die Sonde, wie schon ein älterer Prototyp aus dem Labor Grashoff, zur Untersuchung einer Vielzahl von unterschiedlichen Proteinen anwenden lässt. Warum sich manche Menschen weicher und andere härter betten, bleibt allerdings weiterhin offen.


Ansprechpartner

Dr. Christiane Menzfeld
Max-Planck-Institut für Biochemie, Martinsried
Telefon: +49 89 8578-2824

Fax: +49 89 8578-3777

E-Mail: menzfeld@biochem.mpg.de


Dr. Carsten Grashoff
Max-Planck-Institut für Biochemie, Martinsried
Telefon: +49 89 8578-2416

E-Mail: cgrasho@biochem.mpg.de


Originalpublikation
K. Austen, P. Ringer, A. Mehlich, A. Chrostek-Grashoff, C. Kluger, C. Klingner, B. Sabass, R. Zent, M. Rief, C. Grashoff

Extracellular rigidity sensing by talin isoform-specific mechanical linkages

Nature Cell Biology, November 2015 DOI: 10.1038/ncb3268

Dr. Christiane Menzfeld | Max-Planck-Institut für Biochemie, Martinsried

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Neue Materialchemie für Hochleistungsbatterien
19.09.2017 | Technische Universität Berlin

nachricht Zentraler Schalter der Immunabwehr gefunden
19.09.2017 | Medizinische Hochschule Hannover

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Wundermaterial Graphen: Gewölbt wie das Polster eines Chesterfield-Sofas

Graphen besitzt extreme Eigenschaften und ist vielseitig verwendbar. Mit einem Trick lassen sich sogar die Spins im Graphen kontrollieren. Dies gelang einem HZB-Team schon vor einiger Zeit: Die Physiker haben dafür eine Lage Graphen auf einem Nickelsubstrat aufgebracht und Goldatome dazwischen eingeschleust. Im Fachblatt 2D Materials zeigen sie nun, warum dies sich derartig stark auf die Spins auswirkt. Graphen kommt so auch als Material für künftige Informationstechnologien infrage, die auf der Verarbeitung von Spins als Informationseinheiten basieren.

Graphen ist wohl die exotischste Form von Kohlenstoff: Alle Atome sind untereinander nur in der Ebene verbunden und bilden ein Netz mit sechseckigen Maschen,...

Im Focus: Hochautomatisiertes Fahren bei Schnee und Regen: Robuste Warnehmung dank intelligentem Sensormix

Schlechte Sichtverhältnisse bei Regen oder Schnellfall sind für Menschen und hochautomatisierte Fahrzeuge eine große Herausforderung. Im europäischen Projekt RobustSENSE haben die Forscher von Fraunhofer FOKUS mit 14 Partnern, darunter die Daimler AG und die Robert Bosch GmbH, in den vergangenen zwei Jahren eine Softwareplattform entwickelt, auf der verschiedene Sensordaten von Kamera, Laser, Radar und weitere Informationen wie Wetterdaten kombiniert werden. Ziel ist, eine robuste und zuverlässige Wahrnehmung der Straßensituation unabhängig von der Komplexität und der Sichtverhältnisse zu gewährleisten. Nach der virtuellen Erprobung des Systems erfolgt nun der Praxistest, unter anderem auf dem Berliner Testfeld für hochautomatisiertes Fahren.

Starker Schneefall, ein Ball rollt auf die Fahrbahn: Selbst ein Mensch kann mitunter nicht schnell genug erkennen, ob dies ein gefährlicher Gegenstand oder...

Im Focus: Ultrakurze Momentaufnahmen der Dynamik von Elektronen in Festkörpern

Mit Hilfe ultrakurzer Laser- und Röntgenblitze haben Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Quantenoptik (Garching bei München) Schnappschüsse der bislang kürzesten Bewegung von Elektronen in Festkörpern gemacht. Die Bewegung hielt 750 Attosekunden lang an, bevor sie abklang. Damit stellten die Wissenschaftler einen neuen Rekord auf, ultrakurze Prozesse innerhalb von Festkörpern aufzuzeichnen.

Wenn Röntgenstrahlen auf Festkörpermaterialien oder große Moleküle treffen, wird ein Elektron von seinem angestammten Platz in der Nähe des Atomkerns...

Im Focus: Ultrafast snapshots of relaxing electrons in solids

Using ultrafast flashes of laser and x-ray radiation, scientists at the Max Planck Institute of Quantum Optics (Garching, Germany) took snapshots of the briefest electron motion inside a solid material to date. The electron motion lasted only 750 billionths of the billionth of a second before it fainted, setting a new record of human capability to capture ultrafast processes inside solids!

When x-rays shine onto solid materials or large molecules, an electron is pushed away from its original place near the nucleus of the atom, leaving a hole...

Im Focus: Quantensensoren entschlüsseln magnetische Ordnung in neuartigem Halbleitermaterial

Physiker konnte erstmals eine spiralförmige magnetische Ordnung in einem multiferroischen Material abbilden. Diese gelten als vielversprechende Kandidaten für zukünftige Datenspeicher. Der Nachweis gelang den Forschern mit selbst entwickelten Quantensensoren, die elektromagnetische Felder im Nanometerbereich analysieren können und an der Universität Basel entwickelt wurden. Die Ergebnisse von Wissenschaftlern des Departements Physik und des Swiss Nanoscience Institute der Universität Basel sowie der Universität Montpellier und Forschern der Universität Paris-Saclay wurden in der Zeitschrift «Nature» veröffentlicht.

Multiferroika sind Materialien, die gleichzeitig auf elektrische wie auch auf magnetische Felder reagieren. Die beiden Eigenschaften kommen für gewöhnlich...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

»Laser in Composites Symposium« in Aachen – von der Wissenschaft in die Anwendung

19.09.2017 | Veranstaltungen

Biowissenschaftler tauschen neue Erkenntnisse über molekulare Gen-Schalter aus

19.09.2017 | Veranstaltungen

Zwei Grad wärmer – und dann?

19.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

»Laser in Composites Symposium« in Aachen – von der Wissenschaft in die Anwendung

19.09.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Zentraler Schalter der Immunabwehr gefunden

19.09.2017 | Biowissenschaften Chemie

Neue Materialchemie für Hochleistungsbatterien

19.09.2017 | Biowissenschaften Chemie