Hur molekylära motorer driver cellulär rörelse

Ett av underverken i den mikroskopiska världen är cellers förmåga att ändra form, dela sig och till och med röra sig under egen ånga. Mekaniken bakom dessa processer drivs av en cells cytoskelett, ett fibröst nätverk av aktinfilament som ger en sorts inre byggnadsställningar.

Denna byggnadsställning är full av molekylära motorer som kallas myosin, som tar tag i aktinfilament och börjar dra, som ett pubteam i dragkamp. Detta ryck är det som får en cell att ändra form, dela sig och flytta.

Och ändå, exakt hur en samling motorer som drar på dessa interna filament kan driva denna process är inte helt klart, särskilt när motorerna och fibrerna är orienterade mer eller mindre slumpmässigt. Ett särskilt pussel är hur denna ryckning kan förändra cellens bulkegenskaper, såsom dess styvhet, i många storleksordningar.

Idag får vi lite insikt i detta problem tack vare Chase Broedersz och Fred MacKintoshs arbete vid Vrije University i Amsterdam. Dessa killar har skapat en 2D-modell av en cellulär ställning gjord av styva filament och sprinklade molekylära motorer i dess struktur. Vad de observerar är en intressant inblick i hur motorernas linjära beteende leder till en icke-linjär förändring av ställningens styvhet.

Nyckeln är att spänningarna i ställningen inte är jämnt fördelade till att börja med: det finns gott om slack. Detta har en stor effekt på cellens bulkegenskaper, vilket i huvudsak gör den diskettig.

Slå på motorerna och detta ändras snabbt, säger Broedersz och MacKintosh. Motorerna rullar snabbt in slacket och ställningen stelnar. De interna påfrestningarna som genereras av motorerna drar ut diskettböjningslägena i systemet och lämnar de styva sträckningslägena, säger de.

På sätt och vis, istället för att ändra egenskaperna hos ställningen, avslöjar motorerna helt enkelt en annan aspekt av den som annars är dold. Det är så motorerna genererar en icke-linjär förändring i styvhet även om deras eget beteende är linjärt.

Därifrån är det inte svårt att föreställa sig hur den selektiva förstyvningen och uppmjukningen av cellställningen i olika delar av en cell kan leda till förändringar i form, celldelning och till och med rörelse.

Det är en idé som kan ha intressanta implikationer och inte bara för vår förståelse av cellmekanik. Dessa principer kan inspirera designen av nya aktiva biomemetiska material med avstämbara elastiska egenskaper, säger Broedersz och MacKintosh.

En ny generation av cellulärt inspirerade grejer. Häftigt!

Ref: arxiv.org/abs/1009.3848 : Molecular Motors Stiff Non-Affine Semiflexible Polymer Networks

Dölj