State transitions of a confined actomyosin system controlled through contractility and polymerization rate
State transitions of a confined actomyosin system controlled through contractility and polymerization rate
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通过收缩性和聚合速率控制的受限肌动球蛋白系统的状态转换
DOI：
10.1103/physrevresearch.5.013208
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发表时间：
2023
影响因子：
4.2
通讯作者：
Maeda Yusuke T.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Sakamoto Ryota;Miyazaki Makito;Maeda Yusuke T.
对称破缺诱导的模式形成是从单细胞到组织的不同尺度的生物现象的基础概念。然而，由于活细胞中复杂的生化调控，肌动球蛋白系统模式形成背后的机制仍然难以捉摸。在这项研究中，我们报告了细胞质肌动球蛋白网络不同模式之间的转变：稳定的肌动蛋白流动和周期性的肌动蛋白波，它们被限制在准二维的细胞样隔室中。通过结合分子微扰和数值模拟的主动流体模型，我们表明，收缩和肌动蛋白聚合速率的状态从稳定的肌动蛋白流周期性肌动蛋白波的转变的关键因素。这些模式出现时，主动应力超过肌动蛋白丝的扩散松弛或当肌动蛋白聚合速率足够慢，积累肌动蛋白丝接近表面的圆形限制。此外，我们的主动流体模型预测，在收缩开始时的空间异质性导致旋转肌动蛋白波，这是稳定的，只有在稳定的肌动蛋白流和周期性肌动蛋白波之间的相边界。这项研究提供了一个完整的理解，独特的模式形成的活性凝胶局限在细胞大小的空间。
Pattern formation induced by symmetry breaking is a fundamental concept underlying biological phenomena across different scales, from single cells to tissues. However, the mechanics behind the pattern formation of the actomyosin system remains elusive due to complex biochemical regulations in living cells. In this study, we report the transition between distinct patterns of cytoplasmic actomyosin networks: steady actin flow and periodic actin waves, which are confined to a quasi-two-dimensional cell-like compartment. By combining molecular perturbations and numerical simulations of the active fluid model, we show that contractility and actin polymerization rate are the critical factors for the state transition from the steady actin flow to periodic actin waves. These patterns emerge either when active stress outweighs the diffusive relaxation of actin filaments or when the actin polymerization rate is sufficiently slow to accumulate actin filaments close to the surface of the circular confinement. Furthermore, our active fluid model predicts that the spatial heterogeneity at the onset of contraction leads to a rotational actin wave, which is stable only at the phase boundary between the steady actin flow and periodic actin waves. This study provides an integrative understanding of the distinct pattern formation of active gels confined in cell-sized spaces.
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肌动球蛋白收缩诱导细胞和液滴的整体运动。
影响因子：
3.4
作者：
T. Le Goff;B. Liebchen;D. Marenduzzo
通讯作者：
D. Marenduzzo
机械敏感结合动力学在活性表面图案形成中的作用
影响因子：
3.3
作者：
Mirco Bonati;L. D. Wittwer;S. Aland;Elisabeth Fischer
通讯作者：
Elisabeth Fischer
DOI：
10.1073/pnas.96.9.4971
发表时间：
1999-04-27
影响因子：
11.1
作者：
Raskin, DM;de Boer, PAJ
通讯作者：
de Boer, PAJ
DOI：
10.1083/jcb.201007136
发表时间：
2010-11-01
期刊：
The Journal of cell biology
影响因子：
--
作者：
Mitsushima M;Aoki K;Ebisuya M;Matsumura S;Yamamoto T;Matsuda M;Toyoshima F;Nishida E
通讯作者：
Nishida E
影响因子：
13.6
作者：
Tan TH;Malik-Garbi M;Abu-Shah E;Li J;Sharma A;MacKintosh FC;Keren K;Schmidt CF;Fakhri N
通讯作者：
Fakhri N