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

Mest läst

Startsidan just nu

Avslöjande siffror i rapport om vården

Den nya rapporten Future Health index som görs årligen av Philips visar att svensk vård fungerar bra, men flera länder är bättre. Bristen på teknik pekas ut som det stora problemet av hela panelen under debatt i Almedalen.

Nöjda kemister på nationellt kemimöte

Närmare 500 deltagare kom till det första nationella kemimötet i Lund som slutade på onsdagen.

Lennart Nilssonpriset till mikroskopist

Biokonstnären och forskaren Thomas Deerinck är 2018 års vinnare av Lennart Nilsson Award.

Ny skyddsmekanism mot fria syreradikaler

Forskare vid Stockholms universitet och universitetet i Bern har upptäckt ett nytt protein, i bakterier, som elegant omvandlar superoxid direkt till syre.

Svensk-dansk framgång

I konkurrens med drygt 100 andra EU-finansierade projekt har det svensk-danska projektet ReproUnion gått vidare till final.

Hon får KTHs stora pris

Kemiprofessorn och världsledande batteriforskaren Kristina Edström får KTHs stora pris 2018.

Nyhetsbrev

Inleder samtal om globalt kemikalieavtal

Under måndagen inledde miljöminister Karolina Skog (MP) samtal med europeiska ministerkolleger för att skapa ett Parisavtal för kemikalier.

Arkiv

Professor i kemilärande hedersdoktor

Plus

Tufft ta vetenskapen till politiken

I år kan bli sista året för regeringens vetenskapliga råd för hållbar utveckling och ordföranden Karin Markides berättar hur det har gått hittills.

Prisas för DNA-origami

Björn Högberg, Karolinska Institutet, får Hugo Theorells pris i biofysik 2018 för sitt unika sätt att använda DNA-nanostrukturer i sin forskning.

Exosomer sprider Alzheimers

Cellens egna sopsäckar, som tar hand om skadliga proteiner, kan sprida Alzheimers sjukdom till andra nervceller i hjärnan.

Sommarläsning: Hyllning till vätebindningen

Varför fryser varmt vatten fortare än kallt, vad är isträ och har vatten minne? Det är några av frågorna som besvaras i en ny bok.

Blodprov ska hitta cancer tidigt

I ett nytt projekt, Ultrakänsliga analyser för bättre hälsa och kriminalteknik (ULTRA) ska nya, superkänsliga tekniker för DNA-analys av kroppsvätskor utvecklas och anpassas för slutanvändare.

Läkemedelsrening behöver inte vara dyr

Tekniken för avancerad rening av läkemedelsrester på svenska avloppsreningsverk finns, till en kostnad av cirka en krona per kubikmeter vatten.

Första spadtaget i Stenungsund

AkzoNobel Specialty Chemicals har tagit första spadtaget för en revolutionerande demonstrationsanläggning i Stenungsund.

Filippa K samarbetar med OrganoClick

Recipharm köper anläggning för halv miljard

CMO-bolaget Recipharm köper tillverkningsanläggning för inhalationsprodukter i Storbritannien från Sanofi för 45 miljoner pund, men Brexit oroar inte vd.

Rekordutdelning till hjärnforskning

Nytt nätverk för mikrofluidik

Ett nätverk för forskning och utbildning i mikrofluidik har nyligen bildats i Sverige.

Gensax kan öka cancerrisk

Ännu en Alzheimerkandidat skrotas

Besök ett bruk i sommar

I sommar har allmänheten möjlighet att besöka fem av Stora Ensos svenska bruk som tillverkar papper, massa och kartong.

44 000 rosengener kartlagda

Ett internationellt forskarsamarbete har tagit fram ett referensgenom för rosen till nytta för odlare.

Swedish Algae Factory får LIFE-anslag

Biogaia tappar vd

Se alla Företagens egna nyheter

Sänd till en kollega

0.146