Salz-induzierte Fibrillogenese von Fibrinogen (SAL-FIB): In-vitro-Experimente und Simulationen

• Antragstellerinnen: Professorin Dr. Dorothea Brüggemann; Dr. Susan Köppen
• Fachliche Zuordnung: Biomaterialien ; Biophysik
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 462381005

Faserige Fibrinogen-Gerüste sind für das Tissue-Engineering besonders attraktiv, da sie die Architektur und biochemische Zusammensetzung von nativen Blutgerinnseln imitieren. Es ist bekannt, dass verschiedene Techniken die Fibrillogenese von Fibrinogen (Fg) in vitro induzieren, darunter das Elektrospinnen, oberflächen- und puffergetriebene Faserbildung sowie salzinduzierte Selbstorganisation. Bis heute ist nicht verstanden, ob spezifische Oberflächen- oder Pufferinteraktionen zur Fibrillogenese von Fg beitragen. Zudem mangelt es an einem klaren Verständnis der zugrunde liegenden atomistischen Prozesse. Daher wird sich unser Projekt auf folgende Kernfrage konzentrieren: Welcher Mechanismus treibt die Fibrillogenese von Fg unter In-vitro-Bedingungen an? Zur Beantwortung dieser Frage wird unser Projekt eine skalenübergreifende Kombination von eng miteinander verbundenen simulativen und experimentellen Methoden verwenden. Zum ersten Mal werden wir hierfür ein vollständiges molekulares Modell von Fg erstellen, das auch posttranslationale Modifikationen umfasst. Basierend auf experimentellen dynamischen Lichtstreuungsstudien, bei denen wir die Aggregation von Fg in verschiedenen Puffersystemen analysieren werden, wird dieses Fg-Modell in Molekulardynamik (MD) - Studien zur Analyse lokaler Ionenverteilungen verwendet werden. Anschließend werden wir diese MD-Ergebnisse nutzen, um zu untersuchen, ob Salzionen bei Trocknung in Fg-Moleküle oder Fg-Fasern eingebaut werden. Die damit verbundenen experimentellen Studien umfassen Trübungsmessungen und die Analyse der Morphologie und elementaren Zusammensetzung von selbstorganisierten Fg-Nanofasern. Um zu verstehen, ob der Faseraufbau von Veränderungen in der Fg-Konformation begleitet oder angetrieben wird, werden wir selbstorganisierte Fasern auf mögliche Amyloidübergänge untersuchen und spektroskopische Analysen durchführen. Die resultierenden Circulardichroismus-(CD)-Spektren werden mit CD-Spektren von Einzelmolekülen mit induzierten Strukturänderungen verglichen, die durch gesteuerte MD-Simulationen ermittelt werden.Eine besondere Herausforderung in diesem Projekt wird es sein, die Einzelmolekülinformationen aus MD-Simulationen im Hinblick auf experimentelle Ergebnisse zu diskutieren und zu interpretieren, die aus einem Ensemble von Fg-Strukturen/Konformationen gewonnen wurden. In diesem Zusammenhang werden der hydrodynamische Radius und die CD-Spektren zwei Observablen sein, die unsere simulativen und experimentellen Studien direkt miteinander verbinden werden. Nur mit diesem kombinierten Ansatz werden wir dazu in der Lage sein, einen detaillierten Mechanismus für die In-vitro-Fibrillogenese von Fg mit einer klaren Abhängigkeit von verschiedenen Umweltparametern vorzuschlagen. Das vorgeschlagene Projekt wird daher grundlegende Einblicke in die In-vitro-Fibrillogenese von Fg liefern, die notwendig sind, um eine neue Klasse von Fg-Nanofasern mit definierten Struktur-Funktions-Beziehungen zu entwickeln.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen