Motility and Force Generation Based on the Dynamics of Actin Gels

Bewegungs- und Krafterzeugung von Aktingelen

This thesis explores the force generation of actin gels and their famous pro-pulsion mechanism leading to active motility on the cellular scale. In nature the generation of force and motility is regulated by actin binding proteins and the mesoscopic shape of the gel. Here we controlled an analyzed the effect of both, protein regulation and gel morphology by an in-vitro medium consisting of pu-rified proteins and biomimetic beads with a nucleating surface. Under the con-trolled conditions offeredThis thesis explores the force generation of actin gels and their famous pro-pulsion mechanism leading to active motility on the cellular scale. In nature the generation of force and motility is regulated by actin binding proteins and the mesoscopic shape of the gel. Here we controlled an analyzed the effect of both, protein regulation and gel morphology by an in-vitro medium consisting of pu-rified proteins and biomimetic beads with a nucleating surface. Under the con-trolled conditions offered by the medium we analyzed the motion of actin pro-pelled colloids and the forces generated by the expanding actin gels using an AFM-based technique. Besides varying the in-vitro conditions and analyzing the effect on motility and force, we developed a new technique to measure intracellular forces in vivo. Hence, the work is structured in three parts: motility analysis, AFM force measurements (both in vitro) and force measurements in living cells.show moreshow less
Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Krafterzeugung von Aktingelen und der daraus resultierenden aktiven Bewegung von kolloidalen Objekten. Die hier zugrundeliegende Art der Krafterzeugung ist von fundamen-taler Bedeutung in der Natur, da sie Grundlage der aktiven Migration von eukaryontischen Zellen ist. In der Zelle wird die Krafterzeugung durch eine Vielzahl von aktinbindenden Proteinen und durch die Morphologie des Aktin-netzwerks reguliert. Im Rahmen dieser Arbeit wurden beide Effekte, sowDiese Arbeit beschäftigt sich mit der Krafterzeugung von Aktingelen und der daraus resultierenden aktiven Bewegung von kolloidalen Objekten. Die hier zugrundeliegende Art der Krafterzeugung ist von fundamen-taler Bedeutung in der Natur, da sie Grundlage der aktiven Migration von eukaryontischen Zellen ist. In der Zelle wird die Krafterzeugung durch eine Vielzahl von aktinbindenden Proteinen und durch die Morphologie des Aktin-netzwerks reguliert. Im Rahmen dieser Arbeit wurden beide Effekte, sowohl Protein-regulierung als auch Gelmorphologie, in Bezug auf die Krafterzeugung und Bewegungsfähigkeit von Aktingelen in einem in-vitro Medium untersucht. Dieses Medium erlaubt Wachstum von Aktinnetzwerken auf aktivierten Ober-flächen, wodurch z.B.AFM-Kraftmessungen an expandieren Gelen ermöglicht wurden. Neben der in-vitro Analyse von Aktin-assoziierten Kräften und Bewegungen haben wir eine neue Technik zur Bestimmung von intrazellularen Kräften entwickelt, welche in lebenden Zellen vorgenommen werden kann. Entsprechend ergibt sich eine dreiteilige Gliederung der Arbeit: Bewegungsana-lyse von Aktin-angetriebenen Partikeln, AFM-Kraftmessungen an Aktingelen (beides in-vitro) und Kraftmessungen in lebendigen Zellen.show moreshow less

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Metadaten
Institutes:Chemie
Author: Stephan Schmidt
Advisor:Prof. Dr. Franz Schmidt
Granting Institution:Universität Bayreuth,Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften
Date of final exam:18.05.2009
Year of Completion:2009
SWD-Keyword:Actin; Actin-bindende Proteine; Kraftmikroskopie; Mikromechanik; Phagozytose
Tag:Brownsche Schwimmer; F-Aktin; Filamentmotoren; aktive Gele; kolloidale Sonden-AFM
Brownian swimmers; actin filaments; active gels; colloidal probe AFM; filament motors
Dewey Decimal Classification:530 Physik
URN:urn:nbn:de:bvb:703-opus-5604
Document Type:Doctoral Thesis
Language:English
Date of Publication (online):29.05.2009