Mechanik und Dynamik rekonstituierter Aktin-Netzwerke

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Das Zytoskelett, ein multikomponentiges Netzwerk aus Biopolymeren, ist eine Schlüsseleinheit eukaryotischer Zellen mit vielfältiger biologischer Funktionalität. Diese beruht zu einem großen Teil auf dessen Viskoelastizität, d.h. der frequenzabhängigen elastischen und dissipativen Antwort auf mechanische Kräfte. In vivo erfolgt die Regulation des Zytoskeletts über eine Vielzahl von aktinbindenden Proteinen (ABP), die Aktinfilamente quervernetzen oder zu Bündeln zusammenfügen können und aufgrund ihrer elastischen und biochemischen Eigenschaften dem Netzwerk zusätzliche Elastizität und Plastizität verleihen. Ziel dieses Projektes ist, mit einem kombinierten experimentellen und theoretischen Ansatz ein mikroskopisches Verständnis der biophysikalischen Eigenschaften von in vitro rekonstituierten Zytoskelettnetzwerken und deren Konsituenten zu erarbeiten. Es soll untersucht werden, wie sich die Konzentrationen von F-Aktin und ABP, und insbesondere die biochemischen Eigenschaften verschiedener Klassen von ABP auf die Morphologie und die Viskoelastizität von F-Aktin Bündeln und Netzwerken auswirken. Die experimentellen Analysen stützen sich vorwiegend auf Mikro- und Makro-Rheologie sowie verschiedene bildgebende Verfahren. Die theoretischen Untersuchungen basieren auf einer Kombination aus numerischen Verfahren (Finite Elemente und Monte Carlo) sowie analytischen Methoden aus der Statistischen Physik.