Local direction change of surface gliding microtubules
Local direction change of surface gliding microtubules
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表面滑动微管的局部方向变化
DOI：
10.1002/bit.26933
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发表时间：
2019
影响因子：
3.8
通讯作者：
Choi, Jong Hyun
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Li, Feiran;Pan, Jing;Choi, Jong Hyun
体外滑动试验，微管移位的驱动蛋白马达蛋白在表面上，已被用作工程工具，在分析物检测，分子货物运输，和其他应用。虽然控制移动方向往往是必要的，以实现这些应用，目前的方向控制方法主要集中在微加工的轨道或外部领域的微管。这些方法是有效的，但相对复杂。此外，它们不能靶向特定的微管而不影响其他微管。在这项研究中，我们提出了一种简单的方法，可以使局部方向的变化，为选定的微管使用聚苯乙烯颗粒作为圆周运动中心和DNA双螺旋链霉亲和素作为捕获arm. The DNA臂捕获微管在固定化粒子附近通过生物素-链霉亲和素相互作用，并改变移动方向平均约10°。相比之下，除了链霉亲和素较少的DNA臂的随机变化（正态分布以0°为中心）外，未观察到显著的方向变化，与常规运动试验相似。将粒子辅助局部方向改变方案与基于流场的系综方法进行了比较。流动和驱动蛋白与每个微管相互作用的结合施加一个力来改变方向，最终使其与流场对齐，无论其初始方向如何。一个简单的模型的基础上的力量平衡预测所需的时间，这样的对齐。总的来说，基于粒子的局部方案与集合方法不同，例如改变现场所有微管方向的交叉流，从而在工程应用中提供独特的实用性。
In vitro gliding assay, microtubule translocation by kinesin motor proteins on a surface, has been used as an engineering tool in analyte detection, molecular cargo transport, and other applications. Although controlling the moving direction is often necessary to realize these applications, current direction control methods focus largely on lithographic microfabrication of tracks or external fields on the microtubules. These methods are effective, but are relatively complicated. In addition, they cannot target particular microtubules without affecting others. In this study, we propose a facile approach that can make local direction changes for selected microtubules using a polystyrene particle as a circular motion center and a DNA double helix with streptavidin as a capture arm. The DNA arm captures a microtubule in the close proximity of the immobilized particle via biotin–streptavidin interaction and changes the moving direction ~10° on average. In contrast, no significant direction changes are observed other than random variations with streptavidin‐less DNA arms (normal distribution centered at 0°), similar to regular motility assay. The particle‐assisted local direction change scheme is compared with a flow field‐based ensemble method. The combination of flow and kinesin interactions with each microtubule exerts a force to change the direction, ultimately aligning it to the flow field, regardless of its initial direction. A simple model based on the force balance predicts the time needed for such an alignment. Overall, the particle‐based local scheme is distinct and different from ensemble methods such as crossflow that changes directions of all microtubules in the field, thus offering unique utility in engineering applications.
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