Stoßdämpfer für Zellen

Vimentinfilament zwischen zwei Polysterolbeads (obere Abbildung)

Vimentinfilament zwischen zwei Polysterolbeads (obere Abbildung)

Göttinger Wissenschaftler entdecken erstaunliche mechanische Eigenschaften von Proteinen




(pug) Die Zelle als kleinste Einheit lebender Organismen muss mechanisch stabil und widerstandsfähig sein, gleichzeitig aber flexibel und anpassungsfähig. Dafür sorgt das Zellskelett, ein dynamisches Netzwerk aus fadenförmigen Proteinstrukturen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Universität Göttingen haben die Mechanik bestimmter Proteine, die unter anderem in Zellen der Blutgefäße und des Bindegewebes, aber auch in metastasierenden Krebszellen vorkommen, untersucht. Dabei entdeckten sie erstaunliche mechanische Eigenschaften. Die Ergebnisse der Arbeit sind in der Fachzeitschrift Science Advances erschienen.

 

Das Team um Sarah Köster vom Institut für Röntgenphysik und Andreas Janshoff vom Institut für Physikalische Chemie konnte die nur etwa zehn Nanometer dünnen Proteinfilamente (Vimentinfilamente), auf das dreifache ihrer ursprünglichen Länge dehnen - ohne Zerreißen. Anders als etwa bei einem Gummiband wird die aufgenommene elastische Energie dabei nicht vollständig gespeichert, sondern zum großen Teil an die Umgebung abgegeben. ,,Dadurch können die Filamente die Zelle vor Schäden schützen", erklärt Köster. ,,Im Fall einer plötzlichen mechanischen Beanspruchung der Zelle wäre es daher denkbar, dass die Filamente quasi als Stoßdämpfer für die Zelle agieren. Ähnliche Eigenschaften wurden auch schon bei anderen besonders widerstandsfähigen Biomaterialien wie Spinnenseide beobachtet."

 

Durch eine Kooperation mit der Vrije Universiteit Amsterdam und der Firma Lumicks war das wiederholte Strecken einzelner Filamente möglich, welche nach jeder Dehnung auf ihre Ursprungslänge zurückkehrten, aber bei erneutem Strecken deutlich weicher waren. Zurückführen lässt sich dieses Verhalten auf die spezielle Struktur der Filamente aus parallelen Untereinheiten, die unter Belastung ihre Struktur und damit ihre Länge ändern können. Janshoff erklärt: ,,Durch Simulationen auf Grundlage der Filament-Architektur konnten wir zeigen, dass derselbe Mechanismus, der für die enorme Dehnbarkeit des Filaments verantwortlich ist, zugleich dafür sorgt, dass es sich an wiederholte Belastung anpassen kann. Diese Anpassungsfähigkeit schützt die Zelle, bietet ihr aber zugleich die notwendige Flexibilität, um sich fortzubewegen oder sich auf ihre Umgebung einzustellen."

 

Originalveröffentlichung: Viscoelastic properties of vimentin originate from nonequilibrium conformational changes. Johanna Block et al. Science Advances (2018). DOI: 10.1126/sciadv.aat1161

 


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