DNA输运受活性微管动力学拓扑塑形

大分子（如DNA）通过细胞骨架的输运对于从细胞质流动到转录等广泛的细胞过程至关重要。由构成细胞骨架的纤维网络所赋予的刚性和空间位阻常导致反常亚扩散，而诸如马达驱动的重构等主动过程则能引发非热超扩散。理解这些看似对立的因素对细胞内动力学的贡献仍然是一个巨大的挑战。在此，我们使用单分子追踪技术表明，大的线性和环状DNA通过马达驱动的微管网络的输运可以是非高斯和多模态的，这些特征表现的程度和时空尺度非平凡地取决于活性状态和DNA拓扑结构。例如，活跃的网络重构增加了线性DNA的笼闭效应和非高斯输运模式，同时抑制了环状DNA的这些机制。我们进一步发现，与线性对应物相比，环状DNA分子在无或有驱动蛋白活性的情况下，分别表现出显著增强的亚扩散或超扩散，这表明微管穿过了环状DNA。这种强耦合导致了停滞和定向输运，为解析输运的不同贡献并确定耦合对输运特征的影响提供了一条直接途径。更广泛地说，利用大分子拓扑作为编程分子相互作用和输运动力学的途径，是一种优雅但很大程度上被忽视的机制，细胞可能利用它进行细胞内运输、流动和区室化。这种机制可用于设计自调节、传感和可重构的仿生物质。