Anisotropic Diffusion of Macromolecules in the Contiguous Nucleocytoplasmic Fluid during Eukaryotic Cell Division
Anisotropic Diffusion of Macromolecules in the Contiguous Nucleocytoplasmic Fluid during Eukaryotic Cell Division
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真核细胞分裂过程中连续核浆液中大分子的各向异性扩散
DOI：
10.1016/j.cub.2014.06.072
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发表时间：
2014
期刊：
影响因子：
9.2
通讯作者：
M. Weiss
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
N. Pawar;C. Donth ;M. Weiss
蛋白质在细胞内液中扩散的特征和速度是决定过多生化反应的动态和稳态的关键因素[1，2]。到目前为止，具有粘弹性甚至玻璃化特征的细胞质流体中的异常扩散已经在几个长度尺度和时间尺度上在各种生物体中被报道[3-6]。在这里，我们表明，在真核细胞分裂过程中，原细胞质和核质的邻接液以大分子的各向异性扩散为特征。中期，与垂直方向相比，邻近的核浆液沿纺锤体轴线扩散的异常较少。因此，大分子的长时间扩散优先指向纺锤轴，导致大分子在纺锤体区域的停留时间延长。基于我们的实验数据，我们认为各向异性扩散促进了纺锤体相关蛋白的相遇和相互作用，例如，在动态纺锤体基质的形成过程中[7]。
Character and rapidity of protein diffusion in intracellular fluids are key determinants of the dynamics and steady state of a plethora of biochemical reactions [1, 2]. So far, an anomalous diffusion in cytoplasmic fluids with viscoelastic and even glassy characteristics has been reported in a variety of organisms on several length scales and timescales [3–6]. Here, we show that the contiguous fluid of former cytoplasm and nucleoplasm features an anisotropically varying diffusion of macromolecules during eukaryotic cell division. In metaphase, diffusion in the contiguous nucleocytoplasmic fluid appears less anomalous along the spindle axis as compared to perpendicular directions. As a consequence, the long-time diffusion of macromolecules preferentially points along the spindle axis, leading to prolonged residence of macromolecules in the spindle region. Based on our experimental data, we suggest that anisotropic diffusion facilitates the encounter and interaction of spindle-associated proteins, e.g., during the formation of a dynamic spindle matrix [7].
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