肌球蛋白 II 迷你丝的随机动力学与机械敏感性

组织细胞处于持续的机械张力状态，这种张力主要由肌球蛋白 II (myosin II) 迷你丝维持，后者是由数十个肌球蛋白 II 分子马达组成的双极组装体，负责收缩肌动蛋白网络和束。在此，我们引入一个关于肌球蛋白 II 迷你丝的随机模型，将其视为两个小型肌球蛋白 II 马达系综进行的随机拔河比赛。每个系综均由平行簇模型 (parallel cluster model) 描述，该模型使我们能够进行精确的随机模拟，同时保留肌球蛋白 II 横桥循环的重要分子细节。我们的模拟和分析结果揭示了肌球蛋白 II 迷你丝动力学对环境刚度的强烈依赖性，这与细胞对基底刚度的反应相似。对于较小的刚度，迷你丝形成瞬态交联，施加可忽略平均值的短暂力尖峰。对于较大的刚度，迷你丝形成近乎永久的交联，施加的平均力几乎不依赖于环境弹性。这种功能转换的产生是因为力抑制了动力冲程后的解离（捕捉键合，catch bonding），且系综在大受力下无法再执行动力冲程。对称的肌球蛋白 II 迷你丝执行随机游走，其有效扩散常数随系综尺寸的增加而减小，这一点已通过针对刚性基底的解析处理得到证实。