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

Ny prorektor utsedd

Två svenska bidrag i final

Finalisterna i AkzoNobels tävling Imagine Chemistry är nu klara. Av de 20 är två svenska.

Diamanter avslöjar försvunnen planet

Forskare tror nu att man har bevis för att solsystemet i sin tidiga fas innehöll fler planeter.

Grönt te utvärderat

EFSA, EUs myndighet för livsmedelssäkerhet, har utvärderat säkerheten hos katekiner från grönt te i olika livsmedel efter oro för leverskador.

Etikprövningsutredning sågas

Etikprövningsutredningens förslag får helt underkänt av Kungl. Vetenskapsakademien och Statens medicinsk-etiska råd.

Ny superdator för svenska forskare

Nyhetsbrev

Brist på biomedicinska analytiker väntar

Arkiv

Åderförkalkning liknar cancer

Ny forskning visar att ämnesomsättningen hos inflammerade, instabila plack skiljer sig från stabila plack men liknar den hos cancerceller.

Diagnostikbolag satsar stort

Empe Diagnostics vid Karolinska Science Park reser nytt kapital för att lansera ett snabbtest för diagnos och resistensbestämning av tuberkulos.

Grafenspikar dödar bakterier

En minimal spikmatta av grafen blir ett dödligt vapen som skär sönder bakterier. På så sätt motverkas infektioner vid exempelvis implantatkirurgi.

Mossa snabbrenar arsenikvatten

En mossa som kan ta bort arsenik från förorenat vatten har upptäckts av forskare vid Stockholms universitet.

Årets Göran Gustafssonpristagare utsedda

Fem unga forskare prisas för enastående forskning och får 4,5 miljoner i forskningsanslag, samt ett personligt pris på 250 000 kronor.

Hanöbukten mår dåligt

Magra torskar, sjuka skrubbskäddor och överdödlighet hos ejderungar är tydliga tecken på att ekosystemet i Hanöbukten inte är i balans.

Konferens om precisionsmedicin lockade många

Årets upplaga av ”The future of Swedish and Danish life science” med det brännande aktuella ämnet ”precisionsmedicin och big data” drog runt 300 deltagare.

Renare luft ger oss ett år till

Invånarna i Stockholm, Göteborg och Malmö lever i genomsnitt ett år längre idag än för 25 år sedan tack vare minskade luftföroreningar från vägtrafiken.

Bly i små billiga plastprylar

Kemikalieinspektionen har granskat innehållet av kemikalier i små varor som barn kan stoppa i munnen, bland annat mobilfodral, prydnadssaker och hemelektronik.

Vetenskapens skatter visas

Det japanska kejsarparet ska inviga en utställning i Tokyo på temat konst och vetenskap med skatter från Gustavianum.

Genetik kan ligga bakom sockertolerans

Trots sötsug och kolhydratkonsumtion kan personer som har två kopior av genen FGF21 vara smala, enligt en ny studie i Cell Reports som har inkluderat 451,099 personer.

Drygt sex miljarder för stockholmsbolag

Amerikanska bolaget Alexion har lagt ett bud på stockholmsbaserade Wilson Therapeutics som utvecklar nya läkemedel för patienter med ovanliga kopparrelaterade sjukdomar.

Siktar på börsen

Årsringar kan ge säkrare klimatprognoser

Tio ERC-anslag till svenska forskare

Europeiska forskningsrådet ERC meddelar att de delar ut motsvarande 653 miljoner euro till totalt 269 seniora forskare. Tio forskare vid svenska universitet får anslag.

Ny antibiotika med ny mekanism

Ett internationellt forskarlag tillsammans med ett franskt bioteknikbolag rapporterar resultat om en ny klass antibiotika.

Biogaia köper majoriteten i Metabogen

TFS rekryterar

Bärpigment påverkar cancerceller

GSK tar över receptfritt

Stora kliv för A1M pharma

Så slår ståltullarna mot gruvnäringen

SenzaGen tecknar USA-avtal

Dansk till AkzoNobels styrelse

20 000 dör av fel med mediciner

Se alla Företagens egna nyheter

Sänd till en kollega

0.148