Über die Grenzen hinausgedehnt: Untersuchung von Kollagen auf Hinweise auf entzündliche Erkrankungen

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Es ist seit vielen Jahrzehnten bekannt, dass synthetische Polymere, die mechanischen Belastungen ausgesetzt sind, durch Aufbrechen chemischer Bindungen Mechanoradikale erzeugen.

Aber könnten sich diese schädlichen und hochreaktiven Radikale auch in unserem Gewebe bilden, wenn es gedehnt wird?Wissenschaftler der Gruppe Molekulare Biomechanik am HITS gingen dieser Frage nach, indem sie das Kollagen genauer unter die Lupe nahmen, das Protein, das uns buchstäblich zusammenhält – und all unseren Bindegeweben wie Knochen, Sehnen, Bändern und Haut strukturelle und mechanische Stabilität verleiht.

In dieser Rolle ist er unter ständiger mechanischer Belastung und als solcher der perfekte Kandidat”, sagt Frauke Gräter, die die Forschung am HITS leitete.

Gemeinsam mit Kollegen aus Homburg, Frankfurt und Seattle zeigte ihr Team in einer Reihe von speziell entwickelten Experimenten, dass eine übermäßige mechanische Belastung des Kollagens Radikale erzeugt.

Mit dem Wissen, dass Radikale bekanntermaßen Schäden und oxidativen Stress im Körper verursachen, war diese Erkenntnis für die Forscher entscheidend.”Es ist uns gelungen, ein Rattenschwanz-Faszikel direkt in den elektronenparamagnetischen Resonanzhohlraum zu montieren und zu ziehen, um die Radikalbildung aufgrund von Kraft in Echtzeit zu beobachten”, erklärt Christopher Zapp, Doktorand in Graeters Team, den Versuchsaufbau.

Zusätzliche Molekulardynamik-Simulationen der Kollagenfibrille, die aus Millionen von Atomen besteht, halfen, die Beobachtungen zu erklären: Chemische Bindungen brechen, wenn Kollagen gedehnt wird.

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Aber die dabei entstehenden schädlichen Radikale werden schnell von nahegelegenen aromatischen Rückständen, so genannten DOPAs, abgefangen.

Wir fanden nicht nur stabile Radikale im Kollagengewebe, sondern auch DOPA-Reste im Kollagen, eine Modifikation, die das Kollagen vor weiteren Schäden schützt.

Die DOPA-Radikale wandeln sich dann schließlich in Wasserstoffperoxid um, ein wichtiges oxidatives Molekül im Körper.

Kollagen ist also nicht nur ein bloßer Träger von Gewalt, es kann auch deren Folgen kontrollieren.”Es war eine herausfordernde Aufgabe, dem eigentümlichen radikalen Signal, das wir in der….

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