Forschungschwerpunkt

Kontraktions-Relaxationsfunktion und mechano-chemische Kopplung von Myofibrillen

Funktion von Kontraktion/Relaxation und mechanisch-chemische Kopplung von Myofibrillen

Die Hauptfunktion von Kardiomyozyten (CMs), Kraft zu erzeugen und ihre Länge zu verkürzen, erfolgt, wenn sich die subzellulären Myofibrillen aufgrund multipler Interaktionen zwischen ATPase-getriebenen Myosinmotoren und Aktinfilamenten zusammenziehen. Myofibrillen bestehen aus vielen in Serie angeordneten Sarkomeren, die direkt die Kontraktions-Relaxations-Ereignisse der Herzmuskelzellen bei zyklischer Variation der intrazellulären Ca²⁺ Konzentration steuern. Daher stellen isolierte Myofibrillen ein kontraktiles Modell dar, das verwendet wird, um sarkomerische Protein-bezogene Prozesse zu verstehen, die die kontraktile Funktion von Hermuskelzellen in Abwesenheit von Ca²⁺ Handhabungssystemen und von Upstream-Signalen bestimmen.

Myofibrillen können mit schnellen kinetischen mikromechanischen und chemischen Techniken untersucht werden, da sie dünn sind und sich in einem schnellen Diffusionsgleichgewicht mit ihrer Umgebung befinden. Wir haben einen mikromechanischen Aufbau etabliert, der einen nNewton-empfindlichen Kraftsensor verwendet. Dieser Aufbau erlaubt einen schnellen Wechsel der Lösungen, denen die Myofibrillen ausgesetzt sind, und die kraftkinetischen Parameter der myofibrillären Aktivierung und Relaxation bei verschiedenen Ca²⁺ Konzentrationen können mit hoher Zeitauflösung analysiert werden. Verschiedene etablierte biochemische Methoden können die stationäre oder transiente ATPase-Aktivität des sarkomerischen Myosinmotors unter Verwendung von mechanisch unbelasteten, nativen Myofibrillen oder unter Verwendung von Myofibrillen, deren Verkürzung durch chemische Quervernetzung weniger Myosinköpfe zu den Aktinfilamenten verhindert wurde, bestimmen. Diese Untersuchungen können eine Korrelation der biochemischen Ereignisse mit den mechanischen Ereignissen während des Querbrücken-Zyklus anhand der Isoform-Zusammensetzung der sarkomerischen Proteine ermöglichen.

Subzelluläre Myofibrillen können aus menschlichen (z.B. Biopsien), vom Menschen stammenden und nicht-menschlichen Herz- und Skelettmuskelzellen (z.B. Maus, Ratte, Kaninchen, Zebrafisch und hESC-/hiPSC-CMs) gewonnen werden.

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