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Das Bild zeigt Lokalisationssignale einzelner Adhäsionsproteine in Zellen. Bei bisherigen Verfahren blieb ein wesentlicher Anteil der Moleküle unerkannt. Durch das neue Verfahren können die tatsächlich zugrunde liegenden molekularen Parameter bestimmt werden. Maßstabsleiste: 100 nm.
© Lisa Fischer und Carsten Grashoff

Zentraler Adhäsionskomplex durch neues Analyseverfahren nachgewiesen

Forscher der WWU entwickeln neues Verfahren zur Einzelmolekülanalyse / Studie in „Nature Communications“
Die Zellen von Organismen sind aus Untereinheiten aufgebaut, die sich aus einer Vielzahl einzelner Moleküle zusammensetzen. Wie sich diese unterschiedlichen Proteine auf molekularer Ebene anordnen, ist in vielen Fällen allerdings noch unverstanden, da es an geeigneten Analyseverfahren mangelt. Forscherinnen und Forscher an der Westfälischen Wilhelms-Universität (WWU) Münster haben nun in Zusammenarbeit mit Kollegen am Max-Planck-Institut für Biochemie, München, ein Verfahren entwickelt, mit dem sich die Anordnung und Dichte von einzelnen Proteinen in Zellen bestimmen lässt. Durch die Anwendung der neuen Analysemethode wies das Team einen Komplex aus drei sogenannten Adhäsionsproteinen nach, der für die Fähigkeit von Zellen, sich im Gewebe anheften zu können, eine zentrale Rolle zu spielen scheint. Die Studienergebnisse wurden jetzt in der Fachzeitschrift „Nature Communications“ veröffentlicht. mehr

© AG Grashoff

Neuer Mechanismus der molekularen Kraftübertragung in Muskelzellen entdeckt

Forscher der WWU weisen mechano-biologische Funktion eines Muskel-spezifischen Proteins nach / Studie in Nature Communications publiziert
Die Fähigkeit von Zellen, mechanische Reize erkennen und beantworten zu können, ist für eine Vielzahl zellulärer Prozesse wichtig. Die Mechanismen, welche diesen Prozessen zu Grunde liegen, sind jedoch auf molekularer Ebene noch weitgehend unverstanden. Wissenschaftler der Universität Münster haben nun herausgefunden, wie das muskelspezifische Adhäsionsprotein Metavinkulin die Übertragung mechanischer Kräfte in Zellen moduliert. Ihre Arbeit wurde vor kurzem in Nature Communications veröffentlicht.

Hintergrund und Methode
Die Interaktion von Zellen mit dem umgebenden Gewebe werden von spezialisierten Adhäsionsstrukturen vermittelt, die mechanischer Informationen in und aus der Zelle weiterleiten. Da diese Strukturen aus einer Vielzahl unterschiedlicher Proteine bestehen, ist es aber unklar, wie mechanische Signale auf molekularer Ebene übertragen werden. Um derartige Prozesse genauer verstehen zu können, entwickelt das Grashoff Labor an der WWU Münster Biosensoren, mit denen durch mikroskopische Verfahren mechanische Kräfte von nur wenigen Pikonewton bestimmt werden können. In der neuesten Studie wurde diese Technik auf Metavinkulin angewandt, ein Adhäsionsprotein das in Muskelzellen vorkommt und mit einer Herzerkrankung, genannt Kardiomyopathie, in Verbindung gebracht wird.
Indem eine Reihe genetisch veränderter Zellen mikroskopisch vermessen wurden, konnten die Autoren nun nachweisen, dass die Gegenwart von Metavinkulin die Art der molekularen Kraftübertragung moduliert. “Unsere Daten zeigen, dass Metavinkulin eine Funktion als mechanisches Dämpfer-Protein haben könnte, damit Muskelgewebe hohen mechanischen Belastungen besser standhalten“, erklärt der Studienleiter Prof. Dr. Carsten Grashoff. “Dies ist ein recht interessantes Beispiel dafür, wie einzelne Proteine die Kraftübertragung in Zellen verändern können.”
Überraschenderweise fanden die Autoren im Mausmodell keinen Hinweis darauf, dass die Abwesenheit von Metavinkulin zu Kardiomyopathie führt. Dies weist darauf hin, dass die Funktion von Metavinkulin deutlich komplexer ist als bisher gedacht. mehr

Forschungsförderung
Die Arbeiten wurden durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert.

Originalpublikation
Verena Kanoldt, Carleen Kluger, Christiane Barz, Anna-Lena Schweizer, Deepak Ramanujam, Lukas Windgasse, Stefan Engelhardt, Anna Chrostek-Grashoff, and Carsten Grashoff. Metavinculin modulates force transduction in cell adhesion sites. DOI: 10.1038/s41467-020-20125-z.

© Springer Verlag

A Superfamily of Molecular Motors

Ein neues Buch ist erschienen, das umfassend die Myosinproteine, aktinabhängige Motormoleküle, beschreibt. Darin enthalten ist ein Artikel der AG Bähler, der das aktuelle Wissen zu den Klasse IX Myosinen zusammenfasst. Klasse IX Myosine besitzen nicht nur einzigartige Motoreigenschaften, sondern sind gleichzeitig negative Regulatoren eines wichtigen Signalweges, der verschiedene zelluläre Prozesse, wie beispielsweise Zellmorphologie und Zellwanderung, steuert.

Das Video zeigt mesenchymale Stammzellen (OP9) während der Differenzierung zu Adipozyten (Fettzellen) über fast 48 Stunden.
Die Aufnahmen entstanden mit einem neuartigen holotomografischen Mikroskop, dem Nanolive 3D Cell Explorer. Dieses erstellt Bilder auf der Basis der Brechungsindizes verschiedener Zellkomponenten und benötigt keine besondere Färbung.
Zellkerne, Mitochondrien, und Fetttröpfchen sind deutlich erkennbar, darüber hinaus können sowohl Mitose als auch Apoptose beobachtet werden.
Mit freundlicher Genehmigung der AGs Busch und Grashoff.

Veröffentlichung AG Grashoff
© S. Lemke et al.

Wie halten Verknüpfungen von Muskeln und Sehnen ein Leben lang?

Zellbiologen zeigen in Fruchtfliegen, wie ein Protein mechanische Belastungen an Muskel-Sehnen-Verbindungen steuert.
Viele Muskeln sind mit Sehnen verknüpft, was Tieren das Laufen, Schwimmen oder Fliegen ermöglicht. Die dazu notwendigen Kräfte werden von Aktin- und Myosinfasern erzeugt, die an Muskel-Sehnen-Verknüpfungen angeheftet sind und daran ziehen. Während der Entwicklung müssen diese Muskel-Sehnen-Verknüpfungen so gebaut werden, dass sie die hohen mechanischen Kräfte aushalten, die während des Lebens auftreten können. Ein interdisziplinäres Team aus dem französischen Marseille, München und Münster hat es nun geschafft, die mechanischen Kräfte zu messen, die an einem Muskel-Sehnen-Verknüpfungsprotein namens Talin ziehen. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler nutzten die Flugmuskulatur der Fruchtfliege Drosophila für diese molekularen Kraftmessungen und stellten fest, dass bei der Entwicklung von Muskel-Sehnen-Verknüpfungen nur ein überraschend kleiner Anteil der Talin-Moleküle Kräften ausgesetzt ist. Gleichzeitig fanden sie heraus, dass die Muskeln eine hohe Anzahl von Talin-Molekülen an den Verknüpfungen ansammeln, um mit den zunehmenden Kräften im Gewebe umgehen zu können. Auf diese Weise können sich viele Talin-Moleküle die hohen Kräfte der Muskelkontraktionen, zum Beispiel während des Fliegens, dynamisch aufteilen. „Dieses mechanische Anpassungskonzept ermöglicht, dass Muskel-Sehnen-Verknüpfungen ein Leben lang halten können“, sagt Sandra Lemke, Biologiedoktorandin am Max-Planck-Institut für Biochemie (MPIB) in Martinsried, die den Großteil der Experimente durchführte. Leiter der Studie waren Dr. Frank Schnorrer vom Institut für Entwicklungsbiologie der Universität Marseille und Prof. Dr. Carsten Grashoff von der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster (WWU). Die Studie ist in der Fachzeitschrift „Plos Biology“ erschienen. mehr