固定质量耗尽作用下束状肌动蛋白网络的形态调控

耗尽相互作用被认为对拥挤细胞质中胞内结构的组织有重要贡献。耗尽相互作用的强度取决于物理参数，如耗尽剂数密度和耗尽剂尺寸比。已知细胞通过改变具有广泛尺寸分布的蛋白质拷贝数来动态调控这两个参数。然而，哺乳动物细胞也已知能将总蛋白质量密度保持得极为恒定，在整个细胞周期内波动在0.5%以内。因此，我们探究当总耗尽剂质量保持固定时（即固定质量耗尽），耗尽相互作用的强度如何变化。我们通过标度论证，以及在计算机模拟和体外实验中对重构的半柔性肌动蛋白网络进行耗尽效应研究来回答这个问题。我们考察了最大耗尽相互作用势强度 $U^*$ 作为 $q$（耗尽剂与被耗尽物质之间的尺寸比）的函数。我们揭示了在两种情况下 $U^* \sim q^{-\zeta}$ 的标度关系：固定体积分数 $\phi$ 和固定质量密度 $\rho$。对于固定体积分数，我们报告 $\zeta < 0$。对于固定质量密度情况，我们报告 $\zeta > 0$，这表明随着耗尽剂尺寸比增加，耗尽相互作用强度增强。为验证这一预测，我们在固定质量浓度下制备了具有不同尺寸耗尽剂分子聚乙二醇（PEG）的丝状网络。我们在模拟中通过网格尺寸来表征耗尽相互作用强度。在实验中，我们观察到两种不同的肌动蛋白网络形态，我们称之为弱束状和强束状。我们确定了一个质量浓度，在该浓度下，不同的PEG耗尽剂尺寸会导致弱束状或强束状形态...[正文中更多内容]。