Servicenavigation

Detailseite

Zurück

Projekt Druckansicht

Entschlüsselung der Mechano-Regulation des von-Willebrand-Faktors

Fachliche Zuordnung Biophysik
Biochemie
Förderung Förderung von 2017 bis 2023
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 386143268
 
Erstellungsjahr 2024

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Im DFG-Projekt „Entschlüsselung der Mechano-Regulation des Von-Willebrand-Faktors“ haben wir das im Blut zirkulierende Glykoprotein Von-Willebrand-Faktor (VWF) untersucht. Dafür haben wir eine Kombination aus biophysikalischen Einzelmolekültechniken und hochauflösender Strukturanalyse verwendet, um die kraftabhängigen und strukturellen Grundlagen der mechanischen Aktivierung von VWF besser zu verstehen. Wir setzten dabei zwei sich hervorragend ergänzende Kraftspektroskopie- Techniken ein: magnetische Pinzetten, um insbesondere mit sehr kleinen Kräften (< 1 pN) einzuwirken und zu messen, sowie Kraftmikroskopie (AFM), das auch hohe Kräfte im molekularen Maßstab (> 1 nN) leicht ausüben und messen kann. Für beide Methoden entwickelten wir neue Ankopplungsverfahren, die eine stabilere und langlebigere molekulare Bindung zur Manipulation individueller VWF-Moleküle ermöglichen, als die bisher verwendeten Kopplungsstrategien. Mit magnetischen Pinzetten konnten wir zeigen, dass der Stamm des VWF, der aus den 6 C-Domänen besteht und sich wie ein Reißverschluss schließt und sich bei dem im Blut üblichem physiologischem pH-Wert (pH 7,4) schon bei sehr niedrigen Kräften von etwa 1 pN öffnet. In Vorarbeiten untersuchten wir die Rolle von pH-Wert und Mutationen im Stamm des VWF. Außerdem konnten wir mit den magnetischen Pinzetten zeigen, wie Ca²⁺die Faltung der VWF-A2-Domäne stabilisiert, die unter mechanischer Belastung aufklappen kann. Außerdem zeigten wir die Dynamik sowie pH- Abhängigkeiten einer entscheidenden Stelle im Bereich der D'D3-Domänen auf, die offenbar für die Biosynthese von VWF wichtig ist. Mit AFM-Kraftspektroskopie konnten wir VWF-Dimere erstmals unter deutlich höheren Kräften von bis zu > 2 nN untersuchen. Erste Ergebnisse deuten darauf hin, dass möglicherweise Disulfidbrücken im Protein unter so hoher mechanischer Belastung aufbrechen könnten. Darüber hinaus kann auch in inversen VWF-Dimeren die starke D4-Interaktion auftreten, obwohl das inverse Dimer nicht über die CK-Domänen im Stamm verbunden ist. Zudem konnten wir nicht nur die invertierten Dimere sondern auch VWF-Mutanten mit Multimerisierungsdefekten, die zu Blutgerinnungsstörungen des Subtyps 2A der Von-Willebrand-Krankheit führen, mit AFM-Bildern auflösen. Darüber hinaus setzten wir verschiedene biophysikalische Methoden ein, um die VWF-Struktur zu bestimmen. Insbesondere entschlüsselten wir die Strukturen der C4- und C6-Domänen, wodurch wir allgemeine Prinzipien struktureller und funktioneller Eigenschaften der VWF-Stammdomänen ableiten konnten; daraus resultierten drei Publikationen. Zudem charakterisierten wir mit Negative Staining Elektronenmikroskopie strukturell ein VWF-Konstrukt, das den gesamten Bereich von der D4- bis zur C-terminalen CK-Domäne abdeckt. Die inhärente Flexibilität zwischen diesen Domänen hatte bisher eine hochaufgelöste Struktur dieses Konstruktes erschwert. Zusammenfassend hat unser kombinierter Ansatz aus Strukturanalyse und Einzelmolekül- Kraftspektroskopie mehrere wichtige methodische Entwicklungen hervorgebracht, insbesondere die Entwicklung neuer, ultra-stabiler Ankopplungsstrategien sowohl für magnetische Pinzetten als auch für das AFM. Mit diesen Ansätzen konnten wir neue Erkenntnisse über die Wechselwirkungen und die Mechanoregulation mehrerer VWF-Domänen gewinnen. Die Arbeit bietet grundlegende Erkenntnisse zum Verständnis der Aktivierung von nicht nur natürlich vorkommendem VWF, sondern auch für „Gain-of-Function“ Mutanten, die für VWF-Krankheiten von Bedeutung sind. Unser Projekt war stark durch die COVID-Pandemie beeinträchtigt, mit Laborstilllegungen sowie Unterbrechungen der Arbeitsabläufe und der Zusammenarbeit. Überraschende und unermessliche externe Einflüsse überwogen bei weitem die wissenschaftlichen Unwägbarkeiten und unvorhersehbaren Entdeckungen. Dennoch konnten wir eine Reihe spannender Ergebnisse erzielen, die in führenden wissenschaftlichen Fachzeitschriften veröffentlicht wurden, und mehrere vielversprechende Vorarbeiten, die Grundlage für zukünftige Forschungsprojekte sein werden.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

 
 

Zusatzinformationen

© 2026 DFG Kontakt / Impressum / Datenschutz

Textvergrößerung und Kontrastanpassung