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Projekt
Polymer models for sheared VWF at surfaces
Antragsteller
Professor Dr. Roland Netz
Fachliche Zuordnung
Biophysik
Förderung
Förderung von 2011 bis 2018
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 172540668
VWF ist ein großes multimeres im Blut vorkommendes Protein, das unter normalen Strömungsverhältnissen in globulärer Form vorliegt, aber unter erhöhten Scher- und Dehnströmungsbedingungen entfaltet und dadurch aktiviert wird. ln der ersten Förderperiode haben wir eine homogene Polymerkette als Modell für das dynamische Verhalten von VWF eingesetzt und im Detail den Wettbewerb zwischen Kohäsions- und Adhäsionskräften an adsorbierenden homogenen und inhomogenen Oberflächen in Scherströmung untersucht. ln unseren umfangreichen Brownschen Hydrodynamik-Simulationen haben wir die relevanten Parameter variiert und globale Zustandsdiagramme mit verschiedenen dynamischen Zuständen und Übergängen als Funktion von der Scherrate sowie den Adhäsions- und Kohäsionsstärken erhalten. Wir haben Übergänge zwischen rollenden und rutschenden Zuständen sowie zwischen prolaten und flachen Formen entdeckt und charakterisiert. Besonders relevant für den vorliegenden Antrag ist unser Ergebnis dass für ein generisches homogenes Polymer-Modell, das ganz auf einem konservativen Energieausdruck basiert, ein scherinduzierter Adsorptions-Übergang nicht stattfindet, dass also hydrodynamische Scherkräfte immer den desorbierten Zustand eines einzelnen globulären oder geknäuelten Polymers begünstigen. Dies steht im Gegensatz zu experimentellen Ergebnissen und legt nahe, dass scherinduziertes Adsorptions-Verhalten durch rutschfeste Bindungen (catch bonds) induziert wird, dies steht auch im Einklang mit früheren theoretischen Annahmen.Im vorliegenden Antrag planen wir unsere Studien aus der vorherigen Förderperiode in Richtung einer realistischeren Beschreibung der VWF Domänenstruktur und der dynamischen Eigenschaften der VWF-Oberflächen-Bindungen zu erweitern. Zunächst werden wir den Effekt von Sättigung und Abschirmung von Bindungsstellen auf den Wettbewerb zwischen Adhäsion und Kohäsion untersuchen. Dies könnte ein physikalischer (also potentialbasierter) Mechanismus für scherinduzierte Adsorption darstellen, ohne die Notwendigkeit catch bonds zu postulieren. Ein zweites Ziel ist es, Polymer Adsorption mit Oberflächenbindungen zu studieren die durch stochastische Ein-Aus-Reaktionskinetik beschrieben werden. Insbesondere werden wir den Bereich der Bindungsraten und der catch-bond Parameter bestimmen für die eine Scherströmung die Adsorption verbessert. Wir werden das Adsorptionsverhalten eines solchen stochastischen Oberflächenbindungsmodells mit unserem potenzialbasierten Polymer-Modell vergleichen. Schließlich werden wir die interne Kraftvertei lung entlang einer Polymerkette in Scherung bestimmen, um die Effizienz der VWF-Spaltung durch Enzyme vorherzusagen.
DFG-Verfahren
Forschungsgruppen
