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Proteine erfüllen bei einer Vielzahl von Prozessen eine essenzielle Rolle. Um diese Funktionsweisen zu verstehen, bedarf es der Aufklärung derer Struktur und deren Bindungsverhaltens mit anderen Molekülen wie Proteinen, Peptiden, Kohlenhydraten oder kleinen Molekülen. Im ersten Teil dieser Arbeit wurden der Wildtyp und die Punktmutante N126W eines Kohlenhydrat-bindenden Proteins aus dem hitzestabilen Bakterium C. thermocellum untersucht, welches Teil eines Komplexes ist, der Kohlenhydrate wie Cellulose erkennen, binden und abbauen kann. Dazu wurde dieses Protein mit E.coli Bakterien hergestellt und durch Metallchelat- und Größenausschlusschromatographie gereinigt. Die Proteine konnten isotopenmarkiert mittels Kernspinresonanz-Spektroskopie (NMR) untersucht werden. H/D-Austauschexperimente zeigten leicht und schwer zugängliche Stellen im Protein für eine mögliche Ligandenwechselwirkung. Anschließend konnte eine Interaktion beider Proteine mit Cellulosefragmenten festgestellt werden. Diese interagieren über zwischenmolekulare Kräfte mit den Seitenketten von aromatischen Aminosäuren und über Wasserstoffbrückenbindungen mit anderen Resten. Weiterhin wurde die Calcium-Bindestelle analysiert und es konnte gezeigt werden, das diese nach der Proteinherstellung mit einem Calcium-Ion besetzt ist und dieses mit dem Komplexbildner EDTA entfernbar ist, jedoch wieder reversibel besetzt werden kann. Zum Schluss wurde mittels zweier Methoden versucht (grafting from und grafting to), das Protein mit einem temperatursensorischen Polymer (Poly-N-Isopropylacrylamid) zu koppeln, um so Eigenschaften wie Löslichkeit oder Stabilität zu beeinflussen. Es zeigte sich, das während die grafting from Methode (Polymer wächst direkt vom Protein) zu einer teilweisen Entfaltung und Destabilisierung des Proteins führte, bei der grafting to Methode (Polymer wird separat hergestellt und dann an das Protein gekoppelt) das Protein seine Stabilität behielt und nur wenige Polymerketten angebaut waren. Der zweite Teil dieser Arbeit beschäftigte sich mit der Interaktion von zwei LIM-Domänen des Proteins Paxillin und der zytoplasmatischen Domäne der Peptide Integrin-β1 und Integrin-β3. Diese spielen eine wichtige Rolle bei der Bewegung von Zellen. Dabei interagieren sie mit einer Vielzahl an anderen Proteinen, um fokale Adhäsionen (Multiproteinkomplexe) zu bilden. Bei der Herstellung des Peptids Integrin-β3 zeigte sich durch Größenausschlusschromatographie und Massenspektrometrie ein Abbau, bei dem verschiedene Aminosäuregruppen abgespalten werden. Dieser konnte durch eine Zugabe des Serinprotease-Inhibitors AEBSF verhindert werden. Anschließend wurde die direkte Interaktion der Proteine untereinander mittels NMR untersucht. Dabei zeigte sich, das Integrin-β1 und Integrin-β3 an die gleiche Position binden, nämlich an den flexiblen Loop der LIM3-Domäne von Paxillin. Die Dissoziationskonstanten zeigten, dass Integrin-β1 mit einer zirka zehnfach höheren Affinität im Vergleich zu Integrin-β3 an Paxillin bindet. Während Paxillins Bindestelle an Integrin-β1 in der Mitte des Peptids liegt, ist bei Integrin-β3 der C-Terminus essenziell. Daher wurden die drei C-terminalen Aminosäuren entfernt und erneut Bindungsstudien durchgeführt, welche gezeigt haben, das die Affinität dadurch fast vollständig unterbunden wurde. Final wurde der flexible Loop der LIM3-Domäne in zwei andere Aminosäuresequenzen mutiert, um die Bindung auf der Paxillin-Seite auszulöschen. Jedoch zeigten sowohl Zirkulardichroismus-Spektroskopie als auch NMR-Spektroskopie, dass die Mutationen zu einer teilweisen Entfaltung der Domäne geführt haben und somit nicht als geeignete Kandidaten für diese Studien identifiziert werden konnten.
BACKGROUND: Physical and chemical characteristics of implant materials determine the fate of long-term cardiovascular devices. However, there is still a lack of fundamental understanding of the molecular mechanisms occurring in the material-tissue interphase. In a previous study, soft covalently crosslinked poly(n-butyl acrylate) networks (cPnBA) were introduced as sterilizable, non-toxic and immuno-compatible biomaterials with mechanical properties adjustable to blood vessels. Here we study the influence of different surface treatments in particular oxygen plasma modification and fibrinogen deposition as well as a combinatorial approach on the adhesion and viability of fibroblasts. RESULTS: Compared to non-treated cPnBAs the advancing water-contact angles were found to be reduced after all surface modifications (p<0.05, each), while lowest values were observed after the combined surface treatment (OPT+FIB). The latter differed significantly from the single OPT and FIB. The number of adherent fibroblasts and their adherence behavior differed on both pristine cPnBA networks. The fibroblast density on cPnBA04 was 743 +/- 434 cells. mm(-2), was about 6.5 times higher than on cPnBA73 with 115 +/- 73 cells. mm(-2). On cPnBA04 about 20% of the cells were visible as very small, round and buckled cells while all other cells were in a migrating status. On cPnBA73, nearly 50% of fibroblasts were visible as very small, round and buckled cells. The surface functionalization either using oxygen plasma treatment or fibrinogen coating led to a significant increase of adherent fibroblasts, particularly the combination of both techniques, for both cPnBA networks. It is noteworthy to mention that the fibrinogen coating overruled the characteristics of the pristine surfaces; here, the fibroblast densities after seeding were identical for both cPnBAnetworks. Thus, the binding rather depended on the fibrinogen coating than on the substrate characteristics anymore. While the integrity of the fibroblasts membrane was comparable for both polymers, the MTS tests showed a decreased metabolic activity of the fibroblasts on cPnBA. CONCLUSION: The applied surface treatments of cPnBA successfully improved the adhesion of viable fibroblasts. Under resting conditions as well as after shearing the highest fibroblast densities were found on surfaces with combined post-treatment.