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Projekt
Entschlüsselung der Mechano-Regulation des von-Willebrand-Faktors
Fachliche Zuordnung
Biophysik
Biochemie
Biochemie
Förderung
Förderung von 2017 bis 2023
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 386143268
Von Willebrand Faktor (VWF) ist ein Glykoprotein mit einer zentralen Rolle in der Blutstillung. VWF reagiert auf Veränderungen des hydrodynamischen Flusses in den Blutgefäßen: durch lokal erhöhte hydrodynamische Kräfte im Fall von Verletzungen der Gefäßwand wird VWF gestreckt und für das Binden von Blutplättchen aktiviert. Da die Aggregation von Platelets ein entscheidener Schritt in der primären Hämostase ist, können krankhafte Veränderungen des VWF zu Blutgerinnungsstörungen führen.Im Blut liegt VWF in Form von Multimeren vor, die aus einer variablen Anzahl von Dimeren bestehen. Dimere sind N-terminal über Disulfidbrücken verbunden und stellen die kleinste sich wiederholende Untereinheit der Multimere dar. Im normalen Blutstrom liegen VWF Multimere in kompakten, globulären Konformationen vor; lokal erhöhte hydrodynamische Kräfte bewirken eine Streckung der VWF Multimere durch das kraftinduzierte Öffnen intramolekularer Wechselwirkungen. Da hydrodynamische Kräfte mit der Länge des Polymers zunehmen, kann diese Streckung das Öffnen weiterer Bindungen bei höheren Kräften auslösen. Einige der zentralen Mechanismen der Mechano-Regulation des VWF wurden durch Einzelmolekül-Kraftspektroskopie charakterisiert: Insbesondere die Entfaltung der A2 Domäne (~15pN) und das Brechen einer intermonomer Wechselwirkung der D4 Domäne (>50pN). Trotzdem bleiben noch viele Fragen ungeklärt. Simulationen legen wesentlich geringere Kräfte (~1pN) für die anfängliche Streckung der Multimere nahe. Zudem weisen unsere Ergebnisse indirekt auf Bindungsöffnungen bei Kräften unterhalb der Auflösungsgrenze von Kraftmikroskopen (<5pN) hin. Bei diesen Bindungen handelt es sich insbesondere um intermonomer Wechselwirkungen der C-Domänen und der D4-Domäne bei niedrigem pH. Ein mechanistisches Verständnis der Interaktionen dieser Domänen wird insbesondere auch durch das Fehlen von Informationen über ihre Struktur erschwert. In unserem Projekt planen wir Kraftspektroskopiemethoden mit hochauflösenden strukturbiologischen Daten zu verbinden, um die Kraft-induzierte Aktivierung und Regulation von VWF zu entschlüsseln. Dabei möchten wir verbesserte molekulare Anbindungsstrategien nutzen, um mit Hilfe von magnetischen Pinzetten (die Kräfte bis in den femto-Newton Bereich auflösen können) Kraft-induzierte Übergänge sowie Rückfaltung und Rückbindung zu untersuchen. Einzelmolekül-Kraftspektroskopie an wildtyp VWF und verschiedenen Mutanten soll dabei mit hoch- und niedrig-aufgelöster Strukturinformation aus Röntgenkristallographie, Röntgenstreuung und AFM Bildgebung verknüpft werden. Strukturinformationen werden uns eine mechanistische Interpretation der Kraftspektroskopie-Daten ermöglichen und gleichzeitig Hypothesen für weitere Messungen generieren. Die Kombination aus Strukturinformationen und die Messung der ersten Schritte der VWF Dehnung haben das Potential unser Grundverständnis der primären Prozesse der Hämostase zu erweitern und bessere therapeutische Ansätze zu ermöglichen.
DFG-Verfahren
Sachbeihilfen
