用磁性镊子拉伸蛋白质

LMU的物理学家开发了一种高灵敏度的方法来测量蛋白质构象的机械稳定性，并用它来监测血凝块形成的早期步骤。

作为生物体中细胞功能的中枢介质，蛋白质参与几乎所有细胞过程的执行。它们提供内部支架，使细胞形成，并使细胞能够动态改变其形态。它们在膜上来回传输基质，它们催化细胞中发生的大部分化学反应。在这些任务的过程中，许多蛋白质受到外力。实际上，一些“机械敏感”蛋白质有效地测量

作用在它们上的力的强度，并且当施加的力超过给定的阈值时被激活。Von Willebrand因子(VWF)开始形成血凝块，是该类的重要代表。

激活蛋白质如VWF所需的机械力通常很小，以至于无法使用现有方法确定其大小。现在，由LMU物理学家Martin Benoit博士和Jan Lipfert教授领导的一个科学家小组开发了一种更为灵敏的程序。他们的“磁性镊子”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杂志上报道的那样，他们利用这项技术观察了低机械力影响下VWF蛋白的展开。

研究机械调节的有效方法是所谓的蛋白质力谱。这涉及牵引单个蛋白质分子并观察施加的力如何改变其三维结构。到目前为止，拉动的选择方法是原子力显微镜，其在100皮牛顿(pN)的范围内效果最好。“然而，许多分子过程被比这弱得多的力所激活，”Lipfert说。“因此，对于单分子水平的测量，我们需要更灵敏的仪器 - 使用浴室秤来衡量蛋糕的成分是没有意义的。”

研究人员开发了一种方法，在这种方法中，蛋白质的一端附着在玻璃表面，另一端带有标签，与微小的磁珠结合，然后组件受到外部磁场的作用。由场诱导的蛋白质的延伸导致每个珠子的垂直位移，这可以通过显微镜检测。“这种设置被称为磁性镊子，”Lipfert解释说。“它具有很大的优势，它允许

我们应用和解决非常微弱的力 - 显着小于1皮牛顿 - 与感兴趣的蛋白质。此外，磁性镊子可以在长达一周的时间内实现非常稳定的测量。 “为了测试新方法，LMU组使用VWF作为其靶蛋白。在血流中，VWF作为二聚体的多聚体循环，其由两个相同的亚基组成。在正常的血流条件下，它具有相对紧凑的球状形式。然而，由于脉管系统的损伤导致的血流中剪切力的任何增加都会导致vWF展开。这暴露了血小板上受体的结合位点。VWF与血小板的结合反过来引发反应级联，其导致凝结，其密封伤口。Lipfert说：“级联是由对机械力作用分子的作用引起的，这种作用比迄今为止测量的机械力弱得多。” 用磁性镊子解开VWF二聚体的分析表明，当二聚体的亚基像拉链的两半被拉开时，所谓的VWF杆在小于1pN的施加力下打开。“我们假设这种行为模式，我们第一次能够观察到，代表了血液凝固的第一步，”Lipfert说。“我们的方法提供了详细的力量图表和展开过程中涉及的扩展变化蛋白质。我们相信，该方法的未来应用将有助于更好地理解VWF的作用模式和临床相关突变的作用。