马达拮抗决定由交联剂调控的活性双网络中的涌现动力学
生物物理
2023-05-23 v5 软凝聚态物质
摘要
细胞骨架依赖于多种马达、纤维和结合蛋白协同作用，以实现从有丝分裂到趋化性的非平衡过程。其由组分间相互作用编程的 versatile 可重构性，使细胞骨架成为基础的活性物质。然而，当前的活性物质研究主要局限于单一力生成组分作用于单一底物，远未触及细胞中的复合细胞骨架。在此，我们构建了由驱动蛋白和肌球蛋白马达驱动、并由交联剂调控的肌动蛋白-微管双网络，其发生弹道式重构与流动，速度跨三个数量级，取决于复合配方及相对于马达活动起始的时间。差分动态显微镜分析揭示，驱动蛋白与肌球蛋白相互竞争以延迟加速起始并抑制离散重构事件，而对肌动蛋白或微管的被动交联具有相反效应。我们的最小平流-扩散模型与空间相关性分析将这些动力学与结构相关联：马达拮抗抑制重排与去混合，而交联增强聚集。尽管配方空间丰富且涌现的配方依赖结构多样，所有网络与时空尺度上的非平衡动力学可归为三类：慢速各向同性重取向、快速定向流动与多模式重构。此外，我们的数学模型表明，多样结构基元可简单源于马达驱动平流与摩擦阻力之间的相互作用。我们平台的这些一般特征有助于推广至其他活性物质系统，并阐明细胞骨架组分得以协作或竞争以实现广泛细胞过程的多种途径。
引用
@article{arxiv.2112.11260,
title = {Motor antagonism dictates emergent dynamics in active double networks tuned by crosslinkers},
author = {Ryan J. McGorty and Christopher J. Currie and Jonathan Michel and Mehrzad Sasanpour and Christopher Gutner and K. Alice Lindsay and Michael J. Rust and Parag Katira and Moumita Das and Jennifer L. Ross and Rae M. Robertson-Anderson},
journal= {arXiv preprint arXiv:2112.11260},
year = {2023}
}