Forskare från TU Delft och NWO-institutet AMOLF upptäckte hur vissa molekylära bindningar gör levande celler både flexibla, för att röra sig, såväl som starka, för att stå emot krafter. Paradoxalt nog visar det sig att dessa kraftkänsliga fångstbindningar är svaga och inaktiva för det mesta, men reser till specifika platser där och när celler skadas. Denna upptäckt publicerades i Nature Materials .

Molekylära fångstbindningsproteiner kan hittas i många olika vävnader, både inom och mellan celler. Dessa bindningar faller isär regelbundet, som de flesta biologiska bindningar gör, men de har en märklig egenskap:om du drar hårt i en catch bond, börjar den faktiskt binda hårdare. Forskare upptäckte att denna förmåga stärker materialet på specifika platser där bindningen upplever stress. Upptäckten är ett genombrott, 20 år efter det första fyndet av sådana obligationer. Detta är också första gången som forskarna har sett fångstbindningar som arbetar tillsammans inom biologiskt material.

Både flexibel och stark

Den tidigare AMOLF-forskaren Yuval Mulla förklarar att "vi brukar definiera hur starkt något är på ett av två sätt:ett material kan antingen deformeras bra - sträcka sig väldigt långt utan att gå sönder, till exempel gummi - eller så kan materialet bära mycket kraft, till exempel en tegelsten; även om det är starkt kan det bara sträcka sig lite innan det går sönder. När vi studerade arten av fångstbindningar fann vi att dessa molekylära bindningar kunde göra både och:vara flexibla och starka, även om deras molekylära bindningar är svaga. Och sedan vi funderade på:kan fångstbindningar förklara varför levande celler kombinerar gummits töjbarhet med styrkan hos en tegelsten?"

För att testa dessa idéer mätte forskarna de mekaniska egenskaperna hos cytoskelettnätverk som de rekonstruerade i labbet, och samarbetade med Biophysics-gruppen för att dra på enkelbindningar. De fann att många av obligationerna bara flyter runt, binder kort bara för att släppa taget igen. Men när forskarna deformerade nätverken fann de att många bindningar reser till särskilt skadade platser för att binda. Mulla säger att "eftersom fångstbindningarna ackumuleras på svaga ställen när och där de behövs för att göra nätverket mycket starkt."

Relation till sjukdomar

Studien inkluderade en mutant version av samma protein, en som är känd för att uppstå med en genetisk sjukdom som leder till njursvikt. Till skillnad från en vanlig catch bond fann forskarna att denna mutantversion alltid var aktiv. Denna ökade bindningsstyrka gör det svårt för mutanten att röra sig, men gör paradoxalt nog också nätverken svagare eftersom bindningarna inte ackumuleras där det behövs, säger gruppledaren Gijsje Koenderink:"Genom att förstå det muterade proteinet bättre kommer vi i framtiden att kanske också förstår processen med njursvikt. Dessutom hoppas vi förstå hur fångstbindningar spelar en roll för hur invasiva cancerceller är."

Materiellt perspektiv på livet

Forskargruppen av professor Koenderink vid Delfts tekniska universitet är främst intresserad av materiella egenskaper hos levande materia. Ett centralt tema i hennes grupp är det faktum att levande celler och vävnader måste vara dynamiska och flexibla, men också starka:"Denna egenskap skiljer sig från alla syntetiska material vi känner till", säger Koenderink. "Vår ambition är att lära oss nya designprinciper från levande material för att göra syntetiska material som kan vara både flexibla och starka på samma gång. Faktum är att vi just nu arbetar tillsammans med kemister och biofysiker som Sander Tans på AMOLF för att försöka göra sådana. syntetiska fångstbindningar." + Utforska vidare

Använda lantanid-lantanidbindningar för att skapa kraftfullare permanentmagneter