Physiker Sonde eine spannungsinduzierte Veränderungen im Clot - bildendem Protein

Neue Forschungsergebnisse von der Rice University , Baylor College of Medicine (BCM) und dem Puget Sound Blood Center ( PSBC ) hat gezeigt, wie Belastungen der Strömung in den kleinen Blutgefäßen des Herzens und des Gehirns kann dazu führen, eine gemeinsame Protein ihre Form zu verändern und zu bilden gefährliche Blut Blutgerinnsel . Die Wissenschaftler waren überrascht, dass die Proteine ​​konnte in die gefährliche , Blutgerinnsel Einleitung Form für bis zu fünf Stunden vor der Rückkehr in ihre normale, gesunde Form zu bleiben.

Die Studie - die erste ihrer Art - auf einem Protein konzentriert genannt von Willebrand Faktor oder VWF , eine Schlüsselrolle bei der Gerinnselbildung . Ein Team um Reis Physiker Ching- Hwa Kiang führte , dass " Scherung " Kräfte , wie sie in kleinen Arterien von Patienten mit gefunden Atherosklerose , Verursachen Schnipsel nonclotting VWF in ein Gerinnsel bilden Form für Stunden zu einer Zeit zu ändern. Die Feststellung, erscheint online in dieser Woche in Physical Review Letters.

"Als ich hörte, was Dr. Kiang Team gefunden hatte , war ich schockiert ", sagte Blutplättchen -Experte Dr. Joel Moake , ein Koautor der Studie , die gemeinsame Berufungen an der Rice und BCM hält . Moake , dessen Arbeitsgruppe war der erste, zu beschreiben, wie hohe Scher Stress könnte dazu führen, Thrombozyten an VWF -Stick , sagte: "Ich hatte gedacht, dass die Bedingung kann für eine so kurze Zeit , es wäre nicht messbar dauern. Niemand erwartet, dass sie feststellen, dass dieser Zustand würde stundenlang andauern. Dies hat tiefgreifende klinische Auswirkungen . "

Kiang , Associate Professor für Physik und Astronomie und der Biotechnik, untersucht die bei der Proteinfaltung beteiligten Kräfte . Proteine ​​sind die Arbeitspferde der Biologie. Zehntausende sind innerhalb weniger Augenblicke ihrer Entstehung jede Sekunde in jeder lebenden Zelle , und jede dieser Falten in eine charakteristische Form produziert. Trotz der Allgegenwart ist Proteinfaltung eine ungeheuer komplexer Prozess, der ein Geheimnis ist .

Kiang ist ein Pionier in der Verwendung von Rasterkraftmikroskopen (AFM) , um Licht auf die grundlegenden physikalischen Prozesse in der Proteinfaltung beteiligt zu vergießen. Das AFM hat einen winzigen Adel mit einer Spitze Mess nur wenige Atome im Durchmesser. Die Nadel ist aus einem winzigen Arm , die schaukelt und unten über eine Oberfläche suspendiert. Kiang -Team nutzt die wippenden Nadel zu greifen und auseinander ziehen einzelne Proteinmoleküle . Durch das Dehnen diese wie Gummibänder , hat ihr Team bewiesen, dass sie die genauen physikalischen Kräfte , die sie in ihrer gefalteten Form zu halten messen.

" In dieser Studie haben wir nicht nur die Kräfte zu messen , die wir verwendet diese Messungen , um zu sehen , in welchem ​​Zustand das Molekül war ", sagte Kiang . " Auf diese Weise waren wir in der Lage , um die Dynamik des Moleküls zu untersuchen, um zu sehen, wie es über einen Zeitraum von der Zeit verändert. "

Moake , ein leitender Wissenschaftler in der Biotechnologie an der Rice und Professor für Medizin an BCM , sagte, die Arbeit ist sehr wichtig , weil es hilft zu erklären, die Funktionsweise des VWF .

" VWF wird in den Zellen , die die Wände der Blutgefäße auskleiden , synthetisiert , und es wird dort gespeichert , bis die Zellen zu bekommen Signale, die die Gefäße sind in der Gefahr von Verletzungen ", sagte Moake . "Als Antwort auf diese Reize , die Zelle sondert VWF . Es ist eine lange Protein , und ein Ende bleibt verankert in die Zelle , während der Rest entfaltet aus der Wand wie ein Streamer . "

Der Akt der Entfaltung macht VWF klebrig für Blutplättchen und dass der Prozess der Hämostase , die Menschen aus verbluten , wenn Blutgefäße werden durch Schnitte und Wunden beschädigt verhindert beginnt .

"Der Körper erkennt, wenn die Gerinnung muss aufhören - wenn es zu viele Saiten , zu viel kleben , zu viele Thrombozytenklumpen - und es verwendet ein Enzym , um die lang VWF Saiten Clip ", erklärte Moake . " Erstens ist es groß , lösliche Versionen der Strings, die etwas klebrig , und dann diese großen löslichen Anteile des VWF in kleinere Untereinheiten , die VWF im Plasma zirkulieren reduziert bleiben . "

Unter normalen Bedingungen wird diese zirkulierenden Untereinheiten, die PVWF genannt werden, in kompakte Formen falten und nicht mehr klebrig an Thrombozyten zu sein . Allerdings früheren Forschung hatte gezeigt, dass eine Art von körperlicher Belastung als " Scher " - , die in teilweise verschlossenen arteriellen Blutgefäße mit hohen Strömungsgeschwindigkeiten auftreten können - könnte PVWF verursachen klebrige Blutplättchen zu werden.

"Das ist alles, was wir wussten ", sagte Moake . "Wir wussten nicht, wie die Konformation des PVWF Protein verändert. Deshalb Dr. Kiang -Forschung so wichtig ist, und macht es wahrscheinlicher, dass die therapeutischen Maßnahmen rationeller gestaltet werden."

Um das Problem zu studieren , arbeitete Kiang Labor eng mit Moake Team bei Rice BioScience Forschung Collaborativeand mit Forschern aus dem Labor von Co-Autor Jing Fei Dong , früher von BCM und jetzt bei PSBC in Seattle . Moake und Dongs Gruppen vorbereiteten Proben von PVWF , unterwirft einige der bekannten zu Gerinnselbildung induzieren Schubspannungen . Kiang -Team verwendet AFMs , um die Proben zu testen. Durch eine Kombination von Experimenten und deduktiven , ihr Team genau bestimmt , welcher Teil PVWF bei Scherbeanspruchung seine Konformation verändert. Sie haben auch festgelegt , wie lange das Protein blieb teilweise entfaltet , bevor Sie sich in seine natürliche Form .

"Der nächste Schritt wird es sein, neue Experimente , die uns um die Proteine ​​zu beobachten , wie sie an Plättchen binden und Gerinnselbildung zu initiieren entwerfen ", sagte Kiang . "Das wird uns noch mehr über die physikalischen Eigenschaften der Proteine ​​und mehr Hinweise auf mögliche Therapien . "