Ontwikkeling synthetische moleculaire bindingen

De Nederlandse kennisinstellingen TU Delft en AMOLF ontdekten hoe bepaalde moleculaire bindingen levende cellen flexibel maken om te bewegen én sterk om krachten te weerstaan, om zo synthetische varianten te maken.

Trefwoorden: #Amolf, #cellen, #moleculair, #synthetisch, #TU Delft

Lees verder

research

( Foto: TU Delft - AMOLF )

ENGINEERINGNET.BE - Moleculaire catch bond-eiwitten komen voor in verschillende weefsels, zowel in als tussen cellen. Deze bindingen hebben een eigenaardige eigenschap: als je hard aan een catch bond trekt, begint deze juist strakker te binden.

Onderzoekers ontdekten dat dit vermogen het materiaal versterkt op specifieke plaatsen waar de binding spanning ervaart. De ontdekking is een doorbraak, 20 jaar na de eerste vondst van dergelijke bindingen. Dit is ook de eerste keer dat de onderzoekers getuige zijn geweest van catch bonds die samenwerken in biologische materialen.

Onderzoeker Yuval Mulla: "Bij het bestuderen van de aard van catch bonds, ontdekten we dat deze moleculaire bindingen zowel flexibel als sterk zijn, ook al zijn hun moleculaire bindingen zwak. Zouden catch bonds dus verklaren waarom levende cellen de rekbaarheid van rubber combineren met de sterkte van een baksteen?”

Om dit idee te testen, hebben de onderzoekers de mechanische eigenschappen van het netwerk van het cytoskelet gemeten die ze in het laboratorium reconstrueerden om aan enkele bindingen te trekken.

Ze ontdekten dat veel van de bindingen rondzweven en kort binden om weer los te laten. Toen de onderzoekers het materiaal echter vervormden, ontdekten ze dat veel bindingen naar vooral beschadigde plaatsen reizen om te binden.

De studie omvatte een gemuteerde versie van hetzelfde eiwit, waarvan bekend is dat het voorkomt bij een genetische ziekte die leidt tot nierfalen. In tegenstelling tot een gewone catch bond, ontdekten de onderzoekers dat deze gemuteerde versie altijd actief was.

Deze grotere bindingskracht maakt het moeilijk voor de mutant om zich te verplaatsen, maar maakt het netwerk paradoxaal genoeg ook zwakker omdat de bindingen zich niet ophopen waar nodig, zegt groepsleider Gijsje Koenderink.

“Door het gemuteerde eiwit beter te begrijpen, kunnen we in de toekomst misschien ook het proces van nierfalen begrijpen. Daarnaast hopen we te begrijpen hoe catch bonds een rol spelen bij hoe invasief kankercellen zijn.”

“Onze ambitie is om nieuwe ontwerpprincipes te leren van levende materialen om synthetische materialen te maken die tegelijkertijd flexibel en sterk kunnen zijn. We werken momenteel al samen met chemici en biofysici bij AMOLF om te proberen zulke synthetische catch bonds te maken.”

Bij de figuur: Catch bonds (rood) zijn zwak in gebieden met lage spanning (1) en ontbinden daarom snel (2). Deze ongebonden exemplaren binden opnieuw op willekeurige plaatsen in het netwerk, maar binden alleen stevig vast in gebieden met hoge spanning (3), waardoor ze het netwerk versterken waar dit het meest nodig is. Daarentegen blijven normale bindingen (blauw) vastzitten in gebieden met een lage spanning.