Como mediadores centrales de la función celular en los organismos biológicos, las proteínas están involucradas en la ejecución de prácticamente todos los procesos celulares. Proporcionan el andamiaje interno que da a las células su forma y permiten que las células alteren dinámicamente su morfología. Transportan sustratos de regreso ya través de las membranas, y catalizan la mayoría de las reacciones químicas que tienen lugar en las células. En el curso de estas tareas, muchas proteínas están sujetas a fuerzas externas. De hecho, algunas proteínas "mecanosensibles" miden efectivamente la fuerza de las fuerzas que actúan sobre ellas yse activan cuando la fuerza impuesta excede un valor umbral dado. El factor von Willebrand VWF, que inicia la formación de coágulos de sangre, es un representante importante de esta clase.
Las fuerzas mecánicas necesarias para activar proteínas como el VWF son a menudo tan pequeñas que su magnitud no se puede determinar con los métodos existentes. Ahora, un equipo de científicos dirigido por los físicos de LMU Martin Benoit y el profesor Jan Lipfert ha desarrollado un procedimiento mucho más sensible.Sus 'pinzas magnéticas' pueden cuantificar fuerzas que son 100 veces más pequeñas que el método alternativo comúnmente utilizado actualmente disponible. Como informan Lipfert y sus colegas en la revista PNAS , han empleado la técnica para observar el despliegue de la proteína VWF bajo la influencia de fuerzas mecánicas bajas.
Un enfoque poderoso para estudiar la mecanorregulación es la llamada espectroscopia de fuerza de proteína. Esto implica tirar de una molécula de proteína individual y observar cómo una fuerza aplicada altera su estructura tridimensional. Hasta ahora, el método de elección para tirar ha sido unmicroscopio de fuerza atómica, que funciona mejor en el rango de 100 piconewton pN. "Sin embargo, muchos procesos moleculares son activados por fuerzas que son mucho más débiles que eso", dice Lipfert. "Entonces, para mediciones a nivel de moléculas individuales,necesitan instrumentación más sensible; no tiene mucho sentido usar una báscula de baño para pesar los ingredientes de un pastel ".
Los investigadores desarrollaron un método en el que las proteínas se unen en un extremo a una superficie de vidrio y llevan una etiqueta en el otro extremo que se adhiere a pequeñas perlas magnéticas y luego el conjunto se somete a un campo magnético externo. Extensión de la proteínainducida por el campo da como resultado el desplazamiento vertical de cada cuenta, que puede ser detectada por microscopía. "Este tipo de configuración se conoce como pinzas magnéticas", explica Lipfert. "Tiene la gran ventaja de que nos permite aplicary resuelven fuerzas muy débiles, significativamente menos de 1 piconewton, en la proteína de interés. Además, las pinzas magnéticas permiten mediciones muy estables durante largos períodos de tiempo, ¡hasta una semana! "
Para probar el nuevo método, el grupo LMU usó VWF como su proteína diana. En el torrente sanguíneo, VWF circula como un multímero de dímeros que están hechos de dos subunidades idénticas. En condiciones normales de flujo sanguíneo, tiene una estructura globular relativamente compactaSin embargo, cualquier aumento en las fuerzas de cizallamiento en el torrente sanguíneo debido a una lesión de la vasculatura hace que el vWF se despliegue. Esto expone los sitios de unión para los receptores en las plaquetas sanguíneas. La unión del VWF a las plaquetas a su vez desencadena una cascada de reacción que conduce a la coagulación,que sella la herida. "La cascada es inducida por la acción sobre la molécula de fuerzas mecánicas que actúan mucho más débiles que las que se han medido hasta ahora", dice Lipfert. El análisis de la descompresión de los dímeros del VWF con pinzas magnéticas mostró queel llamado vástago del FvW se abre bajo una fuerza aplicada de menos de 1 pN, cuando las subunidades del dímero se separan como las dos mitades de una cremallera ". Suponemos que este patrón de comportamiento, que pudimosobservar por primera vez, representa el primer paso en la coagulación de la sangre ”, dice Lipfert."Nuestro enfoque proporciona una imagen detallada de las fuerzas y los cambios en la extensión involucrados en el desarrollo de la proteína. Estamos seguros de que la aplicación futura del método contribuirá a una mejor comprensión del modo de acción del VWF y del papel de losmutaciones. "
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Materiales proporcionado por Ludwig-Maximilians-Universität München . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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