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PROTEINE ALS MECHANISCHE BAUSTEINE
Das Zytoskelett und die extrazelluläre Matrix menschlicher und tierischer Zellen enthält Faserstrukturen, die unter Kraft stehen. Diese Strukturen bestehen häufig aus selbstassemblierten helikalen Wiederholeinheiten, z.B. sogenannten Coiled Coils oder Collagen Triplehelices. Mit Einzelmolekülkraftspektroskopie und einer Reihe spektroskopischer Techniken untersuchen wir, welche strukturellen Parameter die mechanische Stabilität dieser Faltungsmotive bestimmen. Auf dieser Grundlage entwickeln wir eine Bibliothek aus mechanisch kalibrierten Bausteinen für eine Reihe verschiedener Anwendungen. Diese Bausteine basieren auf molekular charakterisierten und de novo entwickelten Coiled Coils.
Kooperationen
Ana Vila Verde, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster (Universität Duisburg-Essen) – strukturelle und mechanistische Einblicke mittels Molekulardynamiksimulationen
Matt Harrington, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster (McGill University) – mechanische Stabilität von Protein-Metall Koordinationsbindungen
Veröffentlichungen
P. López-García, A. D. de Araujo, A. E. Bergues-Pupo, I. Tunn, D. P. Fairlie, K. G. Blank (2021) Fortified Coiled Coils: Enhancing Mechanical Stability with Lactam or Metal Staples. Angewandte Chemie International Edition 60:232-236 doi, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster
P. López-García, M. Goktas, A. E. Bergues-Pupo, B. Koksch, D. Varón Silva, K. G. Blank (2019) Structural Determinants of Coiled Coil Mechanics. Physical Chemistry Chemical Physics 21:9145-9149 doi, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster
I. Tunn, A. S. de Leon, K. G. Blank, M. J. Harrington (2018) Tuning Coiled Coil Stability with Histidine-Metal Coordination. Nanoscale 10:22725-22729 doi, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster
M. Goktas, C. Luo, R. M. A. Sullan, A. E. Bergues-Pupo, R. Lipowsky, A. Vila Verde, K. G. Blank (2018) Molecular Mechanics of Coiled Coils Loaded in the Shear Geometry. Chemical Science 9:4610-4621 doi, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster
PROTEINE AN GRENZFLÄCHEN
In biogenen Materialien induzieren und kontrollieren Proteine das Wachstum von Mineralien oder die Assemblierung und den Abbau anderer organischer Moleküle, z.B. von langkettigen, teilkristallinen Kohlenhydraten. Ein molekulares Verständnis der Protein-Mineral oder der Protein-Kohlenhydrat Wechselwirkung ist notwendig, um diese Proteine für die Synthese bioinspirierter Materialien zu verwenden. Einzelmolekülkraftspektroskopie ist hervorragend geeignet, um Wechselwirkungen mit nicht-löslichen Bindungspartnern zu untersuchen. Unser aktueller Fokus liegt auf Magnetit- und Chitin-bindenden Proteinen. Unser Ziel ist es, diese Proteine so zu modifizieren, dass eine auf molekularer Ebene kontrollierte Assemblierung von Kompositmaterialien möglich ist.
Kooperationen
Damien Faivre, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster (Aix-Marseille Université) – Magnetite-bindende Proteine aus magnetotaktischen Bakterien
Yael Politi, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster (Technische Universität Dresden) – Chitin-bindende Proteine aus der Kuticula von Spinnen
Veröffentlichungen
A. Pohl, S. A. E. Young, T. C. Schmitz, D. Farhadi, R. Zarivach, D. Faivre, K. G. Blank (2021) Magnetite-binding proteins from the magnetotactic bacterium Desulfamplus magnetovallimortis BW-1. Nanoscale 13:20396-20400 doi, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster
A. Pohl, F. Berger, R. M. A. Sullan, C. Valverde-Tercedor, K. Freindl, N. Spiridis, C. T. Lefèvre, N. Menguy, S. Klumpp, K. G. Blank, D. Faivre (2019) Decoding biomineralization: interaction of a magnetosome-derived peptide with magnetite thin films. Nano Letters 19:8207-8215 doi , öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster
MOLECULARE KRAFTSENSORSEN FÜR DIE ZELLKULTUR
Menschliche und tierische Zellen messen die mechanischen Eigenschaften ihrer Umgebung und nutzen diese Informationen als Input für intrazelluläre Signalwege. Unsere mechanisch kalibrierten Coiled Coils werden als molekulare Kraftsensoren eingesetzt, um Zell-generierte Kräfte zu untersuchen und das Zellverhalten in Umgebungen mit verschiedenen mechanischen Eigenschaften zu visualisieren. Die mechanischen Zelleigenschaften können in Krankheiten wie Fibrose, Arteriosklerose und Krebs verändert sein. Mit unserer Kraftsensortechnologie wollen wir langfristig diagnostische Tests und Wirkstoffscreenings entwickeln, die Zell-generierte Kräfte als Messgröße verwenden.
Veröffentlichungen
M. Goktas, K. G. Blank (2017) Molecular Force Sensors: From Fundamental Concepts toward Applications in Cell Biology. Advanced Materials Interfaces 4:1600441 doi, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster
C. Albrecht, K. Blank, M. Lalic-Mülthaler, S. Hirler, T. Mai, I. Gilbert, S. Schiffmann, T. Bayer, H. Clausen-Schaumann, H. E. Gaub (2003) DNA: a programmable force sensor. Science 301:367-370 doi, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster
MOLEKULAR KONTROLLIERTE MECHANORESPONSIVE HYDROGELE
Die Erforschung weicher Materie beschäftigt sich unter anderem mit der Frage wie die makroskopischen Eigenschaften von Polymermaterialien durch ihre Komponenten bestimmt werden. Unsere Bausteine erlauben es uns, deren thermodynamische, kinetische und mechanische Eigenschaften unabhängig voneinander zu kontrollieren und zusätzlich die Netzwerktopologie zu variieren. Dies ermöglicht es, deren Zusammenspiel zu untersuchen und daraus Prinzipien für die Synthese viskoelastischer Materialien abzuleiten. Molekular kontrollierte Hydrogele dienen als Plattform zur Untersuchung von Zell-Material Wechselwirkungen in 3D sowie der Entwicklung responsiver bioinspirierter Materialien.
Kooperationen
Kay Saalwächter , öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster (Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg) – Analyse von Polymernetzwerken mit Festkörper-NMR
Wouter Ellenbroek, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster (Technische Universität Eindhoven) – Modellierung von Netzwerkstrukturen und Eigenschaften
Veröffentlichungen
E. M. Grad, I. Tunn, D. Voerman, A. S. de Léon, R. Hammink, K. G. Blank (2020) Influence of network topology on the viscoelastic properties of dynamically crosslinked hydrogels. Frontiers in Chemistry 8:536 doi, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster
I. Tunn, M. J. Harrington, K. G. Blank (2019) Bio-inspired histidine-Zn2+ coordination for tuning the mechanical properties of self-healing coiled coil-crosslinked hydrogels. Biomimetics 4:25 doi, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster
I. Tunn, A. S. de Leon, K. G. Blank, M. J. Harrington (2018) Tuning Coiled Coil Stability with Histidine-Metal Coordination. Nanoscale 10:22725-22729 doi, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster
