LMU的物理學(xué)家開(kāi)發(fā)了一種高靈敏度的方法來(lái)測(cè)量蛋白質(zhì)構(gòu)象的機(jī)械穩(wěn)定性，并用它來(lái)監(jiān)測(cè)血凝塊形成的早期步驟。

作為生物體中細(xì)胞功能的中樞介質(zhì)，蛋白質(zhì)參與幾乎所有細(xì)胞過(guò)程的執(zhí)行。它們提供內(nèi)部支架，使細(xì)胞形成，并使細(xì)胞能夠動(dòng)態(tài)改變其形態(tài)。它們?cè)谀ど蟻?lái)回傳輸基質(zhì)，它們催化細(xì)胞中發(fā)生的大部分化學(xué)反應(yīng)。在這些任務(wù)的過(guò)程中，許多蛋白質(zhì)受到外力。實(shí)際上，一些“機(jī)械敏感”蛋白質(zhì)有效地測(cè)量

作用在它們上的力的強(qiáng)度，并且當(dāng)施加的力超過(guò)給定的閾值時(shí)被激活。Von Willebrand因子(VWF)開(kāi)始形成血凝塊，是該類(lèi)的重要代表。

激活蛋白質(zhì)如VWF所需的機(jī)械力通常很小，以至于無(wú)法使用現(xiàn)有方法確定其大小。現(xiàn)在，由LMU物理學(xué)家Martin Benoit博士和Jan Lipfert教授領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)科學(xué)家小組開(kāi)發(fā)了一種更為靈敏的程序。他們的“磁性鑷子”可以量化比目前常用的替代方法小100倍的力。正如Lipfert及其同事在PNAS雜志上報(bào)道的那樣，他們利用這項(xiàng)技術(shù)觀察了低機(jī)械力影響下VWF蛋白的展開(kāi)。

研究機(jī)械調(diào)節(jié)的有效方法是所謂的蛋白質(zhì)力譜。這涉及牽引單個(gè)蛋白質(zhì)分子并觀察施加的力如何改變其三維結(jié)構(gòu)。到目前為止，拉動(dòng)的選擇方法是原子力顯微鏡，其在100皮牛頓(pN)的范圍內(nèi)效果最好。“然而，許多分子過(guò)程被比這弱得多的力所激活，”Lipfert說(shuō)。“因此，對(duì)于單分子水平的測(cè)量，我們需要更靈敏的儀器 - 使用浴室秤來(lái)衡量蛋糕的成分是沒(méi)有意義的。”

研究人員開(kāi)發(fā)了一種方法，在這種方法中，蛋白質(zhì)的一端附著在玻璃表面，另一端帶有標(biāo)簽，與微小的磁珠結(jié)合，然后組件受到外部磁場(chǎng)的作用。由場(chǎng)誘導(dǎo)的蛋白質(zhì)的延伸導(dǎo)致每個(gè)珠子的垂直位移，這可以通過(guò)顯微鏡檢測(cè)。“這種設(shè)置被稱(chēng)為磁性鑷子，”Lipfert解釋說(shuō)。“它具有很大的優(yōu)勢(shì)，它允許

我們應(yīng)用和解決非常微弱的力 - 顯著小于1皮牛頓 - 與感興趣的蛋白質(zhì)。此外，磁性鑷子可以在長(zhǎng)達(dá)一周的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)非常穩(wěn)定的測(cè)量。 “為了測(cè)試新方法，LMU組使用VWF作為其靶蛋白。在血流中，VWF作為二聚體的多聚體循環(huán)，其由兩個(gè)相同的亞基組成。在正常的血流條件下，它具有相對(duì)緊湊的球狀形式。然而，由于脈管系統(tǒng)的損傷導(dǎo)致的血流中剪切力的任何增加都會(huì)導(dǎo)致vWF展開(kāi)。這暴露了血小板上受體的結(jié)合位點(diǎn)。VWF與血小板的結(jié)合反過(guò)來(lái)引發(fā)反應(yīng)級(jí)聯(lián)，其導(dǎo)致凝結(jié)，其密封傷口。Lipfert說(shuō)：“級(jí)聯(lián)是由對(duì)機(jī)械力作用分子的作用引起的，這種作用比迄今為止測(cè)量的機(jī)械力弱得多。” 用磁性鑷子解開(kāi)VWF二聚體的分析表明，當(dāng)二聚體的亞基像拉鏈的兩半被拉開(kāi)時(shí)，所謂的VWF桿在小于1pN的施加力下打開(kāi)。“我們假設(shè)這種行為模式，我們第一次能夠觀察到，代表了血液凝固的第一步，”Lipfert說(shuō)。“我們的方法提供了詳細(xì)的力量圖表和展開(kāi)過(guò)程中涉及的擴(kuò)展變化蛋白質(zhì)。我們相信，該方法的未來(lái)應(yīng)用將有助于更好地理解VWF的作用模式和臨床相關(guān)突變的作用。