Mechanical properties of VWF in single molecule and cell adhesion force experiments using AFM

• Antragsteller: Dr. Martin Benoit
• Fachliche Zuordnung: Biophysik
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 172540668

VWF ist ein Molekül, das auf Scherkräfte reagiert und dabei seine Funktion durch Konformationsänderungen auf die aktuellen Gegebenheiten im Blutstrom anpasst. Obwohl die Aggregation von Blutplättchen unter Scherkräften umfassend studiert worden ist und die Wichtigkeit des VWFs für die Blutplättchen-Adhäsion in biochemischen Untersuchungen anerkannt ist, fehlen weitgehend direkte experimentelle Zugänge zu den Mechanismen und deren Dynamik. Tatsächlich fehlen biophysikalische Untersuchungen zur (i) mechano-elastischen Charak-terisierung des VWFs (wie z.B. das Verhalten unter Kraftbelastung, Relaxationszeiten, etc.) und (ii) zur Fähigkeit des VWF Adhäsionsstellen spezifisch zu erkennen unter Berücksichtigung der Adhäsionsstärke und deren Verteilung (z.B. auf Endothelzellen oder Platelets). Insbesondere sind Studien zur Bindung von VWF zu Kollagen wichtig, da diese Interaktion ein essentieller erster Schritt zur Blutgerinnung ist. Das Rasterkraftmikroskop (AFM) kann dabei eingesetzt werden, um die Dynamik der Wechselwirkung spezifischer VWF-Domänen mit Kollagen direkt zu untersuchen. Unsere beiden auf AFM spezialisierten Gruppen in Linz und München fokussieren sich auf verschiedene Interaktionen von VWF mit Zellen und Gewebsbestandteilen.In der ersten Förderungsperiode führten wir neuartige Untersuchungen mit dem AFM zur Adhäsion von Blutplättchen zu VWF, zu Größenverteilungen des VWF, zur Entfaltung von VWF Dimeren und zur Dynamik der Bindung ausgewählter VWF Domänen zu anderen VWF Domänen sowie zu Kollagen III und VI durch. In der zweiten Förderperiode planen wir ein detailliertes Verständnis der biophysikalischen Funktionen des VWF bis zur Ebene seiner einzelnen Domänen zu erlangen, indem wir eine einzigartige Kombination aus Nanomechanik und Computersimulationen in Zusammenarbeit mit den Gruppen Netz (B4) und Gräter/Baldauf (C1) etablieren. In Einklang mit unserem Hauptziel, der Untersuchung der mechanischen Eigenschaften des mechano-sensitiven VWF Moleküls und seiner Funktion im Zusammenspiel mit anderen Blutbestandteilen, werden wir die Bildung von VWF Netzwerken mit Blutplättchen und die Auswirkungen pathologischer VWF Mutationen in enger Zusammenarbeit mit den Gruppen Schneppenheim (A1), Wilmanns (C3) Schneider (A2), Wixforth (B1) und Rädler (B3) erforschen. Daher wollen wir unsere Untersuchungen auf folgende Themen ausweiten: (i) Kollagen I und IV, sowie (ii) durch Integrine vermittelte Adhäsion des VWF zu Blutplättchen und Endothelzellen unter Entzündungs-bedingungen. Darüber hinaus werden wir Änderungen in der Kraftsignatur durch Streckung des VWFs bzw. VWF Mutationen, ebenfalls unter Entzündungsbedingungen, direkt messen. Wegen der klinischen Relevanz unserer Ergebnisse erwarten wir einen wichtigen Beitrag, Krankheiten leichter zu erkennen und die Behandlung von VWF Patienten zu verbessern.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 1543: Shear flow regulation of hemostasis - Bridging the gap between nanomechanics and clinical presentation
• Internationaler Bezug: Österreich
• Partnerorganisation: Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF)
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Peter Hinterdorfer