Optisk pincett mäter molekylär muskel

| Av Redaktionen Kemivärlden Biotech med Kemisk Tidskrift | Tipsa redaktionen

Forskare vid Münchens tekniska universitet (TUM) har lyckats mäta kraften mellan proteinerna titin och α-actinin som stabiliserar muskeln.

Hjärtat slår hela livet. I varje slag kontraherar och extraherar hjärtmuskeln. Hur det kan fungera en hel livstid är fortfarande till stora delar ett mysterium.

Nu har forskare vid Münchens tekniska universitet (TUM) har lyckats mäta kraften mellan proteinerna titin och α-actinin som stabiliserar muskeln.

Människokroppen är en ständigt pågående byggarbetsplats: proteiner tas isär och ersätts med nya hela tiden men det påverkar inte kroppens funktionalitet. Hjärtat fortsätter att slå, respirationen upphör inte och vi kan lita på våra ögon och öron dygnet runt.

Hur kroppen klarar att hålla ihop proteintrådar i musklerna även när enskilda byggstenar byts ut har engagerat biokemisten Matthias Rief i många år.

"Det måste finnas krafter som stabiliserar de enskilda kedjorna, filamenten. Annars skulle musklerna falla isär. Men tills nu har ingen hittat källan till dessa krafter", förklarar chefen för avdelningen för biofysik vid TUM i ett pressmeddelande. Matthias Rief och hans forskargrupp har nu dechiffrerat hemligheten bakom muskelkohesion.

Det visar sig att två proteiner är ansvariga för att muskler kan expandera utan att falla isär. Det ena är titin, det längsta proteinet i kroppen. Det andra är α-actinin som fäster titin till muskelvävnaden.

TUM-forskarna har studerat interaktionerna mellan proteinerna med hjälp av ett specialbyggd instrument: Den "optiska pincetten" fyller ett 20 kvadratmeter stort rum i institutets källare med laserkälla, optik, kameror och mätapparatur. Hjärtat av instrumentet är en mätkammare fylld med en vätska och mikrometerstora glaskulor. Titin- och α-actininmolekylerna sitter på ytan av glaskulorna som hålls fast av parade laserstrålar genom mätkammaren.

"Med laserstrålarna kan vi positionera glaskulorna så nära varandra att de två proteinerna kan binda till varandra. I nästa steg ökar vi avståndet mellan laserstrålarna och därmed glaskulorna så att proteinerna sträcks ut maximalt. Styrkan i bindningen mellan titin och α-actinin kan sedan räknas ut", förklarar doktoranden Marco Grison.

Proteinbindningen klarar inte mer än en kraft på fem piconewton vilket förvånade forskarna.

"Så små krafter borde inte kunna hålla ihop en muskel särskilt länge, tyckte vi då", kommenterar Rief.

Men i muskler hålls varje titintråd av upp till sju α-actininproteiner. Det visades av strukturbiologer vid universitetet i Vien som samarbetar med TUM-forskarna. Det ökar kraften med sju gånger vilket är nog för att hjärtat ska kunna slå och utföra molekylärt reparationsarbete samtidigt.

"Proteinnätverket är inte bara stabilt utan också extremt dynamiskt. Våra mätningar visar att proteiner släpper bindningen när de dras isär. Men så snart dragkraften minskar binder de igen."

Den affiniteten mellan proteinmolekyler ser till att muskler inte brister utan återtar sin ursprungliga form efter att ha sträckts ut. Denna hårda bindning mellan proteiner finns inte bara i hjärtmuskeln utan i alla muskler när de sträcks ut då vi andas, går, griper eller skrattar.

En dag kanske patienter kan dra nytta av resultaten: "Detta är grundforskning som utgör basen för förståelse för genetiska sjukdomar som muskeldystrofi och hjärtsvikt och kan hjälpa läkare och farmakologer att utveckla nya behandlingar", säger Rief.

Forskningen har finansierats av EU (Marie Curie Initial Training Network), German Reseach Foundation (FOR 1352, Clusters of Excellence Nanosystems Initiative Munich, NIM and Center for Integrated Protein Science Munich, CIPSM), Austrian Science Fund och Austrian Ministry of Science, Research and Economics (Center for Optimized Structural Studies, “Laura Bassi Centres of Expertise” program).

Publikation: α-Actinin/titin interaction: A dynamic and mechanically stable cluster of bonds in the muscle Z-disk

Video som visar hur den optiska pincetten fungerar (tysk speakertext):


Håll dig uppdaterad med Kemivärlden Biotech
Är du prenumerant? Bli prenumerant

Med en prenumeration får du obegränsad tillgång till webbtidningen. Läs webbtidningen online.


Skriv din kommentar
Startsidan just nu

Bjud in fler kvinnliga forskare

En kvinnlig doktorand är mest trolig att hålla sig till den avsatta talartiden visar en ny studie.

Billig katalysator för vätgasproduktion

KTH-forskare publicerar nya resultat om en katalysator för att spjälka vatten till vätgas (och syre) med elektrolys, hittills en kostsam flaskhals.

Nytt svensk-danskt nätverk

Medicon Valley Medtech Network är ett nybildat svensk-danskt medtech-nätverk, som ska bidra till att synliggöra nya affärsmöjligheter över Öresund.

Enzymforskare prisas

Lynn Kamerlin, professor vid Institutionen för cell- och molekylärbiologi, Strukturbiologi, Uppsala universitet, får årets The Svedbergpris.

Ny portal för citizen science

I ett nytt samarbetsprojekt byggs nu en ny webbportal för medborgarforskning där forskare och vanliga medborgare hjälps åt att undersöka saker vetenskapligt.

Biodrivmedel ökar

Nyhetsbrev

Positiva resultat för Kancera

Läkemedelsutvecklande bolaget Kancera rapporterar positiva resultat från en Fas I-studie med sin immunreglerande småmolekylära läkemedelskandidat.

Arkiv

Pungdjävlar visar immunitet

Ny forskning tyder på att de tasmanska pungdjuren inte kommer att duka under för den smittsamma cancer som drabbat arten hårt.

Resestipendium till ESOF 2018

Byggstart för ESS Campus

Särlösning för antroposofiska medel bort

Regeringen vill ta bort undantaget som ger möjlighet att ge försäljningstillstånd för antroposofiska medel.

Koffein biomarkör för parkinsons

Snabb ljusprob identiferar kolhydrater

Svenska forskare har utvecklat en snabb och enkel metod för att kartlägga olika typer av kolhydrater i växtmaterial.

ELISA kan lösa fler narkotikabrott

Ny möjlig princip för cancerterapi

Små molekyler som hämmar ett seleninnehållande enzym visar god effekt mot cancer i musmodeller enligt en studie i Science Translational Medicine.

Biokol kan öka reningsgraden

Kemisten Kristin Blum har i sin avhandling studerat utsläpp av organiska ämnen från små anläggningar och enskilda avlopp och hur reningen kan förbättras.

Metabogen får diabetespatent i USA

Ny nanostruktur i spermiesvansar

Med kryoelektrontomografi har forskare hittat en helt ny nanostruktur inne i spermiernas svansar.

Life assays befarar kapitalbrist

300 miljoner till nya material

Nya upptäckter om gonorre

Strukturstudier av membranproteiner på gonorrebakteriens yta ger förhoppningar om möjliga behandlingar, eventuellt vaccin.

Symcel anställer

Nanofilter fångar blodbakterier

Ett blodfilter i nanoskala som effektivt fångar in bakterier vid dialys har utvecklats av kinesiska forskare.

Tumörvaccin fungerar på möss

Vattenpristagare utsedd

Apoteket plockar bort Pcure

Ska hämma stanken

Brexit ger särläkemedel problem

Ny direktör på Pfizer i Sverige

Mer vetenskap i maten

Novo Nordisk lägger nytt bud

Se alla Företagens egna nyheter

Sänd till en kollega

0.276