Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Haftung auf Bestellung

01.03.2006


Eine Membran mit schaltbaren Adhäsionsmolekülen (oben), die an einer zweiten Membran mit komplementären Molekülen (unten) haften. Die Adhäsionsmoleküle werden zwischen einem aktivem und einem inaktivem Zustand hin- und hergeschaltet. Im gestreckten Zustand sind die Adhäsionsmoleküle aktiv und können ihre Partnermoleküle in der unteren Membran binden. Bild: Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung


Potsdamer Max-Planck-Wissenschaftler zeigen, dass die Adhäsion an Zellmembranen stark von Schaltprozessen einzelner Moleküle abhängt


Das Aneinanderhaften von Zellen ist von zentraler Bedeutung für viele Lebens- und Krankheitsvorgänge - ob bei der Immunabwehr oder dem Wachstum von Geweben. Ausgelöst wird diese Zelladhäsion von speziellen Molekülen auf den Zelloberflächen. Einige dieser Adhäsionsmoleküle werden von den Zellen zwischen aktiven und inaktiven räumlichen Strukturen hin- und hergeschaltet. Forscher des Max-Planck-Institutes für Kolloid- und Grenzflächenforschung in Potsdam haben jetzt solche schaltbaren Adhäsionsmoleküle mit Hilfe eines theoretischen Modells untersucht und hierbei unerwartet einen Resonanzeffekt bei der Zellhaftung entdeckt. Dieser Effekt hängt von den Schaltzeiten der jeweiligen Adhäsionsmoleküle sowie den elastischen Eigenschaften der Zellmembranen ab. Der Effekt lässt sich nutzen, um etwa das Anhaften von Zellen auf Oberflächen zu kontrollieren (Physical Review Letters, 3. Februar 2006).

Zellen haften an anderen Zellen mit Hilfe von Adhäsionsmolekülen, die sich an den Zelloberflächen befinden. Jedes Adhäsionsmolekül einer Zelle bindet dabei ein "Partnermolekül" einer anderen Zelle. Die beiden Bindungspartner sind entweder identisch - wie zwei Hände, die sich gegenseitig halten - oder voneinander verschiedene Moleküle, die zueinander passen wie Schloss und Schlüssel. Cadherine beispielsweise sind Adhäsionsmoleküle, die häufig identische Cadherine binden und dadurch die Adhäsion gleicher Zellen beim Wachstum und der Regeneration von Körpergeweben bewirken. Integrine und Selektine dagegen binden verschiedenartige Adhäsionsmoleküle, etwa bei der Adhäsion von Leukozyten während der Immunabwehr.


Entscheidend für die Adhäsion zweier Zellen ist das Wechselspiel zwischen der Anziehung der Adhäsionsmoleküle und den abstoßenden Kräften, die von Fluktuationen der Zellmembranen und von großen, nicht adhäsiven Molekülen auf den Zelloberflächen herrühren. In einem gesunden Organismus haben Zellen die Kontrolle über die Balance zwischen Anziehung und Abstoßung. Bei einigen Krebsarten führen Mutationen der Adhäsionsmoleküle jedoch zu einer die Störung des Gleichgewichts und damit zu anomaler Zelladhäsion und dem Wachstum von Tumoren.

Zellen können ihre Adhäsionsstärke über die Konzentrationen der Adhäsionsmoleküle auf den Zelloberflächen regulieren. Bei manchen Zellen erfolgt diese Regulation jedoch nicht nur über die Molekülkonzentrationen, sondern auch durch Adhäsionsmoleküle, die verschiedene Konformationszustände, also unterschiedliche dreidimensionale Strukturen, besitzen. Integrine beispielsweise können mindestens zwei unterschiedliche Zustände annehmen: In gestreckter Konformation sind sie aktiv und binden an Partnermoleküle auf anderen Zelloberflächen, in der gefalteten Konformation hingegen inaktiv (s. Abb.1).

Die Forscher des Max-Planck-Institutes für Kolloid- und Grenzflächenforschung haben jetzt gezeigt, dass die charakteristischen Zeiten, in denen die Adhäsionsmoleküle zwischen ihren verschiedenen Konformationen hin- und hergeschaltet werden, einen starken Einfluss auf die Adhäsion haben. Der Schaltprozess eines Adhäsionsmoleküls zwischen aktivem und inaktivem Zustand ist ein stochastischer Prozess, also ein Prozess, der mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit zu einer bestimmten Zeit auftritt. Dieser Schaltprozess kann durch die mittleren Zeiten für die Schaltübergänge in den beiden Richtungen (von aktiv zu inaktiv und umgekehrt) charakterisiert werden. Der Schaltvorgang erfordert zumindest in einer der Richtungen Energie, beispielsweise in Form von ATP-Molekülen.

Die Max-Planck-Wissenschaftler aus Potsdam haben die Adhäsion von Membranen mit schaltbaren Adhäsionsmolekülen theoretisch untersucht. Die beiden sich gegenüberstehenden Kräfte bei der Adhäsion dieser Membranen sind die anziehenden Kräfte der Adhäsionsmoleküle und abstoßende Kräfte, die von den Formfluktutationen der Membranen herrühren. Beide Kräfte haben charakteristische Zeitskalen. Diese Zeitskalen sind die Schaltzeiten der Adhäsionsmoleküle sowie die Relaxationszeiten der Membranfluktuationen. Interessanterweise tritt ein Resonanzeffekt auf, wenn sich diese Zeiten gleichen. Die Resonanz führt zu starken Membranfluktuationen und zu einer deutlichen Verringerung der Adhäsionsstärke.

Dieser Resonanzeffekt könnte nun dazu benutzt werden, die Zelladhäsion auf biomimetischen Oberflächen zu kontrollieren. In den letzten Jahren haben Wissenschaftler synthetische Moleküle entwickelt, die man mit Hilfe von Licht zwischen den verschiedenen Zuständen hin und her schalten kann. Die charakteristischen Schaltzeiten der Moleküle hängen dabei von der Lichtintensität ab. Werden die Moleküle auf einem Substrat verankert, so entsteht eine optisch schaltbare Oberfläche, mit der man das Adhäsionsverhalten von Zellen beeinflussen und untersuchen kann.

Originalveröffentlichung:

Bartosz Rózycki, Reinhard Lipowsky, and Thomas R. Weikl
Adhesion of membranes with active stickers
Phys. Rev. Lett. 96, 048101 (2006)

Dr. Andreas Trepte | Max-Planck-Gesellschaft
Weitere Informationen:
http://www.mpg.de

Weitere Berichte zu: Adhäsion Adhäsionsmolekül Molekül Zelladhäsion

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Rätselhaftes IceCube-Ereignis könnte von Tau-Neutrino stammen
19.06.2018 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz

nachricht Ein neues Experiment zum Verständnis der Dunklen Materie
14.06.2018 | Max-Planck-Institut für Radioastronomie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Überdosis Calcium

Nanokristalle beeinflussen die Differenzierung von Stammzellen während der Knochenbildung

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Universitäten Freiburg und Basel haben einen Hauptschalter für die Regeneration von Knochengewebe identifiziert....

Im Focus: Overdosing on Calcium

Nano crystals impact stem cell fate during bone formation

Scientists from the University of Freiburg and the University of Basel identified a master regulator for bone regeneration. Prasad Shastri, Professor of...

Im Focus: AchemAsia 2019 in Shanghai

Die AchemAsia geht in ihr viertes Jahrzehnt und bricht auf zu neuen Ufern: Das International Expo and Innovation Forum for Sustainable Chemical Production findet vom 21. bis 23. Mai 2019 in Shanghai, China statt. Gleichzeitig erhält die Veranstaltung ein aktuelles Profil: Die elfte Ausgabe fokussiert auf Themen, die für Chinas Prozessindustrie besonders relevant sind, und legt den Schwerpunkt auf Nachhaltigkeit und Innovation.

1989 wurde die AchemAsia als Spin-Off der ACHEMA ins Leben gerufen, um die Bedürfnisse der sich damals noch entwickelnden Iindustrie in China zu erfüllen. Seit...

Im Focus: AchemAsia 2019 will take place in Shanghai

Moving into its fourth decade, AchemAsia is setting out for new horizons: The International Expo and Innovation Forum for Sustainable Chemical Production will take place from 21-23 May 2019 in Shanghai, China. With an updated event profile, the eleventh edition focusses on topics that are especially relevant for the Chinese process industry, putting a strong emphasis on sustainability and innovation.

Founded in 1989 as a spin-off of ACHEMA to cater to the needs of China’s then developing industry, AchemAsia has since grown into a platform where the latest...

Im Focus: Li-Fi erstmals für das industrielle Internet der Dinge getestet

Mit einer Abschlusspräsentation im BMW Werk München wurde das BMBF-geförderte Projekt OWICELLS erfolgreich abgeschlossen. Dabei wurde eine Li-Fi Kommunikation zu einem mobilen Roboter in einer 5x5m² Fertigungszelle demonstriert, der produktionsübliche Vorgänge durchführt (Teile schweißen, umlegen und prüfen). Die robuste, optische Drahtlosübertragung beruht auf räumlicher Diversität, d.h. Daten werden von mehreren LEDs und mehreren Photodioden gleichzeitig gesendet und empfangen. Das System kann Daten mit mehr als 100 Mbit/s und fünf Millisekunden Latenz übertragen.

Moderne Produktionstechniken in der Automobilindustrie müssen flexibler werden, um sich an individuelle Kundenwünsche anpassen zu können. Forscher untersuchen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Hengstberger-Symposium zur Sternentstehung

19.06.2018 | Veranstaltungen

LymphomKompetenz KOMPAKT: Neues vom EHA2018

19.06.2018 | Veranstaltungen

Simulierter Eingriff am virtuellen Herzen

18.06.2018 | Veranstaltungen

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

Rätselhaftes IceCube-Ereignis könnte von Tau-Neutrino stammen

19.06.2018 | Physik Astronomie

Automatisierung und Produktionstechnik – Wandlungsfähig – Präzise – Digital

19.06.2018 | Messenachrichten

Überdosis Calcium

19.06.2018 | Medizin Gesundheit

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