Untersuchung von Mechanotransduktionsmechanismen mit dem JPK NanoWizard® Rasterkraftmikroskop an der Universität Kyoto, Japan

Professor Taiji Adachi leitet eine multidisziplinäre Forschungsgruppe an der Universität Kyoto. Eines seiner Ziele ist es, die mechanischen Grundlagen der Mechanotransduktion über mehrere Größenskalen hinweg zu verstehen. Dazu verfolgt die Gruppe experimentelle und theoretische Ansätze auf Gewebe-, Zell- und Molekülebene und versucht, diese Ansätze zu kombinieren, um neue Konzepte und Mechanismen in den Bereichen Biomechanik und Mechanobiologie aufzuzeigen.

Koichiro Maki hat in der Gruppe promoviert und arbeitet derzeit als Postdoktorand an der Universität Tokio. Er erläutert seine Arbeit: "Um die Mechanismen der Mechanotransduktion, insbesondere auf molekularer Ebene, zu erforschen, ist es wichtig, die Konformation und das mechanische Verhalten von Proteinen zu untersuchen. Einige mechanosensitive Proteine sind dafür bekannt, ihre Konformation unter mechanischer Krafteinwirkung dynamisch zu verändern und so ihre Wechselwirkung mit Bindungspartnern zu steuern, wodurch sie Mechanotransduktion in den Zellen bewirken. Dies ist jedoch recht kompliziert, da die Zellen eine Vielzahl von Proteinen exprimieren und sich gleichzeitig die Stärke und Richtung der Kräfte, die auf die Zellen ausgeübt werden, dynamisch verändern. Deshalb haben wir AFM für einfache invitro Einzelmolekülexperimente eingesetzt und dynamische Veränderungen der Konformation und des mechanischen Verhaltens von Proteinen unter der Einwirkung definierter mechanischer Kräfte untersucht. Im Jahr 2016 haben wir gezeigt, dass eines der mechanosensitiven Proteine, Alpha-Catenin, eine stabile intermediäre Konformation annehmen kann, um seinen aktivierten Zustand unter Spannung aufrechtzuerhalten, den wir als "mechano-adaptive Konformationsänderung" ¹ bezeichnet haben. Darüber hinaus haben wir in unserer kürzlich veröffentlichten Arbeit einen neuartigen Ansatz vorgestellt, um die Rekrutierung von Bindungspartnern durch Proteine, die mit Hilfe von AFM mechanisch gedehnt wurden, durch interne Totalreflexionsfluoreszenzmikroskopie (TIRF) in Echtzeit zu beobachten ². Wir hoffen, dass unsere Methoden dazu beitragen, mechanische und biochemische Informationen zusammenzuführen und zelluläre Mechanotransduktion zu verstehen."

Dr. Maki über seine Erfahrungen mit AFM: "Ich bin zur selben Zeit in das Kyoto-Labor eingezogen wie der NanoWizard® und hatte das Glück, dass mir meine Kollegen und das JPK-Team sehr geholfen haben. Das NanoWizard® ULTRA AFM mit seiner schnellen Bildgebung war sehr einfach einzurichten und zu bedienen, was ich über AFMs anderer Hersteller nicht sagen kann, wo die Aufnahme von Proteinen bei hoher Geschwindigkeit in Flüssigkeiten recht instabil war."

JPK Instruments entwickelt, konstruiert und fertigt Instrumente in Deutschland zu weltweit anerkannten Standards der deutschen Feinmechanik, Qualität und Funktionalität. Für weitere Einzelheiten über das NanoWizard® AFM-System und Zubehör, sowie weitere Produkte und Anwendungen besuchen Sie uns auf der JPK Webseite www.jpk.com, YouTube, Facebook oder LinkedIn.

Literatur
¹ Mechano-adaptive sensory mechanism of α-catenin under tension, Koichiro Maki et al, Scientific Reports | (2016) 6:24878 | DOI: 10.1038/srep24878
² Real-time TIRF observation of vinculin recruitment to stretched α-catenin by AFM, Koichiro Maki et al, Scientific Reports | (2018) 8:1575 | DOI:10.1038/s41598-018-20115-8