预应力细胞骨架丝网络的离散到连续模型
定量方法
2023-09-06 v1 偏微分方程分析
生物物理
亚细胞过程
摘要
我们引入了一种描述真核细胞骨架力学行为的数学模型。该离散模型包含规则的预应力蛋白丝阵列，这些蛋白丝抵抗焓变拉伸，并在交联点处连接形成网络。假设交联点间距远小于细胞特征长度尺度，我们将离散力平衡方程向上尺度化，形成连续的支配方程系统，并推导出相应的宏观应力张量。我们利用这些离散与连续模型分析置于域内的微珠的受迫位移，通过力-位移曲线刻画细胞流变特性。我们进一步推导了小珠半径极限下应力与应变场的解析近似，预测产生给定变形所需的净力，并阐明其对丝微观性质的依赖关系。我们将这些模型应用于波形蛋白中间丝网络，并证明离散、连续与解析方法的预测之间具有良好一致性。特别地，我们的模型预测网络刚度随丝预应力呈次线性增长，并随珠尺寸呈对数缩放。
引用
@article{arxiv.2309.01034,
title = {Discrete-to-continuum models of pre-stressed cytoskeletal filament networks},
author = {J. Köry and N. A. Hill and X. Y. Luo and P. S. Stewart},
journal= {arXiv preprint arXiv:2309.01034},
year = {2023}
}
备注
38 pages, 12 figures