Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Molekulare Kraftmesser

20.09.2017

Proteine werden häufig als molekulare Maschinen der Zellen beschrieben. Um ihre Funktionsweise zu verstehen, reicht es häufig nicht aus, sich die beteiligten Proteine unter dem Mikroskop anzuschauen. Dort, wo Maschinen arbeiten treten mechanische Kräfte auf, die wiederum Einfluss auf die jeweiligen biologische Prozesse nehmen. Diese extrem kleinen Kräfte können dank molekulare Kraftsensoren in den Zellen gemessen werden. Jetzt haben Forscher am Max-Planck-Institut für Biochemie molekulare Sensoren entwickelt, die intrazellulär auftretende Kräfte mehrerer Proteine in höchster Auflösung im Pikonewton-Bereich messen können. Die Ergebnisse wurden im Fachmagazin Nature Methods veröffentlicht.

Sobald Proteine aneinander ziehen, wirken Kräfte im Pikonewtonbereich. Zellen können solche mechanischen Informationen detektieren und je nach Art des Signals unterschiedlich reagieren. Haftproteine an der Oberfläche von Zellen erkennen zum Beispiel, wie starr ihre Umgebung ist und passen die Proteinzusammensetzung der Zelle an.


Die Entwicklung neuer Fluoreszenz-basierter Biosensoren, welcher unter mechanischer Kraft entfalten, erlaubt die Vermessung molekularer Kräfte entlang spezifischer Strukturen in lebenden Zellen.

© MPI für Biochemie

Um diese minimal wirkenden Kräfte messen zu können, entwickelt die Arbeitsgruppe „Molekulare Mechanotransduktion“ am Max-Planck-Institut molekulare Sensoren. „Diese kleinen Messgeräte funktieren ähnlich wie eine Federwaage“, so Carsten Grashoff, Leiter der Forschungsgruppe.

Der neu entwickelte Sensor besteht aus zwei fluoreszenten Molekülen, die mit einer Art molekularer Feder verbunden sind. Wirkt auf das Molekül eine Kraft von nur wenigen Pikonewton wird die Feder gespannt, was mit einem speziellen Mikroskopieverfahren ausgelesen werden kann.

„Wir sind jetzt in der Lage, die Mechanik mehrerer Moleküle gleichzeitig zu vermessen“, erklärt Carsten Grashoff. Verglichen mit früheren Sensoren können die Wissenschaftler jetzt sagen, welche Proteine unter Kraft stehen und wie viele.

„Beim Tauziehen ziehen vielen Menschen unterschiedlich stark an einem Seil. Einige ruhen sich vielleicht aus und lassen den Vordermann die Arbeit machen. Bei den Proteinen ist das ganz ähnlich. Wir können jetzt ermitteln, welche Proteine zur zellulären Kraftentwicklung beitragen und welcher Prozentsatz dieser Moleküle eigentlich mitmacht“ , erklärt Grashoff.

Der zu messende Kraftbereich ist jetzt auch enger eingrenzbar, das Verfahren erlaubt präzise Messungen in einem Bereich von drei bis fünf Pikonewton. „Wie bei Entwickung von neuen Mikroskopen versuchen auch wir immer bessere Auflösungen zu erreichen, was uns hier gelungen ist“, so Grashoff weiter.

Aufgrund der universellen Wechselwirkung von Kräften in Zellen könnte der neue Sensor in vielen Bereichen von Bedeutung sein. „Zentrale Fragestellungen ergeben sich in der Krebsforschung, denn hier ist schon länger bekannt, dass Tumorzellen in starren Geweben Vorteile haben. Auch für das Verständnis von Muskel- oder Hauterkrankungen könnten die Sensoren neue Einblicke in die Krankheitsmechanismen geben“, schaut Grashoff in die Zukunft. [CM]

Originalpublikation:
P. Ringer, A. Weiβl, A.-L. Cost, A. Freikamp, B. Sabass, A. Mehlich, M. Tramier, M. Rief and C. Grashoff “Multiplexing molecular tension sensors reveals piconewton force gradient across talin-1” Nature Methods, September 2017


Über Carsten Grashoff
Carsten Grashoff studierte von 1997 bis 2001 Angewandte Naturwissenschaft an der Universität Freiberg. Nach seiner Diplomarbeit am Robert Koch Institut in Berlin, promovierte er 2007 an der Ludwig Maximilians Universität München, gefolgt von einem Postdoc Aufenthalt an der Universität von Virginia, USA. Seit 2011 leitet er die unabhängige Forschungsgruppe „Molekulare Mechanotransduktion“ am Max-Planck-Institut für Biochemie in Martinsried. 2014 wurde Grashoff mit dem Early Career Award der Nationalen Akademie der Wissenschaften ausgezeichnet.

Über das Max-Planck-Institut für Biochemie
Das Max-Planck-Institut für Biochemie (MPIB) in Martinsried bei München zählt zu den führenden internationalen Forschungseinrichtungen auf den Gebieten der Biochemie, Zell- und Strukturbiologie sowie der biomedizinischen Forschung und ist mit rund 35 wissenschaftlichen Abteilungen und Forschungsgruppen und ungefähr 800 Mitarbeitern eines der größten Institute der Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. Das MPIB befindet sich auf dem Life-Science-Campus Martinsried in direkter Nachbarschaft zu dem Max-Planck-Institut für Neurobiologie, Instituten der Ludwig-Maximilians-Universität München und dem Innovations- und Gründerzentrum Biotechnologie (IZB). (http://biochem.mpg.de)

Kontakt:
Dr. Carsten Grashoff
Molekulare Mechanotransduktion
Max-Planck-Institut für Biochemie
Am Klopferspitz 18
82152 Martinsried
E-Mail: cgrasho@biochem.mpg.de
www.biochem.mpg.de/grashoff

Dr. Christiane Menzfeld
Öffentlichkeitsarbeit
Max-Planck-Institut für Biochemie
Am Klopferspitz 18
82152 Martinsried
E-Mail: pr@biochem.mpg.de
www.biochem.mpg.de

Weitere Informationen:

http://www.biochem.mpg.de - Webseite des Max-Planck-Institutes für Biochemie
http://www.biochem.mpg.de/grashoff - Webseite der Forschungsgruppe „Molekulare Mechanotransduktion“ (Carsten Grashoff)

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

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Wasserbewegung als Hinweis auf den Zustand von Tumoren
19.04.2018 | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

nachricht Verbesserte Stabilität von Kunststoff-Leuchtdioden
19.04.2018 | Max-Planck-Institut für Polymerforschung

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: Verbesserte Stabilität von Kunststoff-Leuchtdioden

Polymer-Leuchtdioden (PLEDs) sind attraktiv für den Einsatz in großflächigen Displays und Lichtpanelen, aber ihre begrenzte Stabilität verhindert die Kommerzialisierung. Wissenschaftler aus dem Max-Planck-Institut für Polymerforschung (MPIP) in Mainz haben jetzt die Ursachen der Instabilität aufgedeckt.

Bildschirme und Smartphones, die gerollt und hochgeklappt werden können, sind Anwendungen, die in Zukunft durch die Entwicklung von polymerbasierten...

Im Focus: Writing and deleting magnets with lasers

Study published in the journal ACS Applied Materials & Interfaces is the outcome of an international effort that included teams from Dresden and Berlin in Germany, and the US.

Scientists at the Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) together with colleagues from the Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) and the University of Virginia...

Im Focus: Gammastrahlungsblitze aus Plasmafäden

Neuartige hocheffiziente und brillante Quelle für Gammastrahlung: Anhand von Modellrechnungen haben Physiker des Heidelberger MPI für Kernphysik eine neue Methode für eine effiziente und brillante Gammastrahlungsquelle vorgeschlagen. Ein gigantischer Gammastrahlungsblitz wird hier durch die Wechselwirkung eines dichten ultra-relativistischen Elektronenstrahls mit einem dünnen leitenden Festkörper erzeugt. Die reichliche Produktion energetischer Gammastrahlen beruht auf der Aufspaltung des Elektronenstrahls in einzelne Filamente, während dieser den Festkörper durchquert. Die erreichbare Energie und Intensität der Gammastrahlung eröffnet neue und fundamentale Experimente in der Kernphysik.

Die typische Wellenlänge des Lichtes, die mit einem Objekt des Mikrokosmos wechselwirkt, ist umso kürzer, je kleiner dieses Objekt ist. Für Atome reicht dies...

Im Focus: Gamma-ray flashes from plasma filaments

Novel highly efficient and brilliant gamma-ray source: Based on model calculations, physicists of the Max PIanck Institute for Nuclear Physics in Heidelberg propose a novel method for an efficient high-brilliance gamma-ray source. A giant collimated gamma-ray pulse is generated from the interaction of a dense ultra-relativistic electron beam with a thin solid conductor. Energetic gamma-rays are copiously produced as the electron beam splits into filaments while propagating across the conductor. The resulting gamma-ray energy and flux enable novel experiments in nuclear and fundamental physics.

The typical wavelength of light interacting with an object of the microcosm scales with the size of this object. For atoms, this ranges from visible light to...

Im Focus: Wie schwingt ein Molekül, wenn es berührt wird?

Physiker aus Regensburg, Kanazawa und Kalmar untersuchen Einfluss eines äußeren Kraftfeldes

Physiker der Universität Regensburg (Deutschland), der Kanazawa University (Japan) und der Linnaeus University in Kalmar (Schweden) haben den Einfluss eines...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Internationale Konferenz zur Digitalisierung

19.04.2018 | Veranstaltungen

124. Internistenkongress in Mannheim: Internisten rücken Altersmedizin in den Fokus

19.04.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Juni 2018

17.04.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Nachhaltige und innovative Lösungen

19.04.2018 | HANNOVER MESSE

Internationale Konferenz zur Digitalisierung

19.04.2018 | Veranstaltungsnachrichten

Auf dem Weg zur optischen Kernuhr

19.04.2018 | Physik Astronomie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics