- Адвекция, управляемая двигателем, конкурирует с скоплением людей, чтобы управлять пространственно-временно неоднородным транспортом в композитах цитоскелета(arXiv)
Автор: Джанет И Шеунг, Джонатан Гарамелла, Стелла К. Каль, Брайан И Ли, Райан Дж. МакГорти, Рэй М. Робертсон-Андерсон
Аннотация:цитоскелет — сложная сеть биополимеров, молекулярных моторов и связанных с ними связывающих белков — является парадигмальным примером активной материи. Транспорт частиц через цитоскелет может варьироваться от аномальной и гетерогенной субдиффузии до супердиффузии и адвекции. Тем не менее, повторение и понимание этих свойств, присущих цитоскелету и другим неравновесным системам мягкой материи, остается сложной задачей. Здесь мы объединяем световую листовую микроскопию с дифференциальной динамической микроскопией и отслеживанием отдельных частиц, чтобы выяснить аномальный и адвективный транспорт в композитах актомиозин-микротрубочки. Мы показываем, что частицы демонстрируют многомодовый транспорт, который переходит от ярко выраженной субдиффузии к супердиффузии в настраиваемых временных масштабах перехода. Удивительно, но в то время как более высокое содержание актомиозина увеличивает супердиффузию, оно также заметно увеличивает степень субдиффузии в короткие промежутки времени и обычно замедляет транспорт. Соответствующие распределения смещения демонстрируют уникальные комбинации негауссовости, асимметрии и ненулевых мод, свидетельствующие о направленной адвекции в сочетании с клеточной диффузией и прыжками. В более крупных пространственно-временных масштабах частицы подвергаются супердиффузии, которая обычно увеличивается с содержанием актомиозина, в отличие от нормальной, но более быстрой диффузии без актомиозина. Наши конкретные результаты проливают важный новый свет на взаимодействие между неравновесными процессами, скученностью и гетерогенностью в активных системах цитоскелета. В более общем плане наш подход широко применим к системам активной материи для объяснения переноса и динамики в разных масштабах.
2. Активные гели, тяжелые хвосты и цитоскелет(arXiv)
Автор: Дэниел В. Шварц, Брайан А. Кэмли
Аннотация: Цитоскелет эукариотической клетки является прототипом активного материала: встроенные в него объекты приводятся в движение молекулярными моторами, воздействующими на цитоскелет, что приводит к аномальному диффузионному поведению. В экспериментах по отслеживанию поведения объектов, прикрепленных к ячейкам, наблюдалась аномальная диффузия с негауссовым распределением смещений с тяжелыми хвостами. Это было связано с «цитоземлетрясениями» или другими пространственно протяженными коллективными эффектами. Мы показываем, используя моделирование и аналитическую теорию, что простая континуальная модель активного геля, управляемая флуктуирующими силовыми диполями, естественным образом создает тяжелые хвосты степенного закона в смещениях цитоскелета. Мы предсказываем, что этот показатель степени должен зависеть от геометрии и размерности того, где силовые диполи распределяются по ячейке; мы получаем качественно разные результаты для силовых диполей в трехмерном цитоскелете и квазидвумерной коре. Затем мы обсудим возможные применения этой модели как в клетках, так и в синтетических активных гелях.
3. Вихревая нестабильность цитоскелета микротрубочек(arXiv)
Автор: Дэвид Б. Стейн, Габриэль Де Канио, Эрик Лауга, Майкл Дж. Шелли, Раймонд Э. Гольдштейн.
Аннотация:в клеточных явлениях цитоплазматического потока молекулярные моторы, несущие груз по сети микротрубочек, увлекают за собой окружающую жидкость. Силы пиконьютона, создаваемые отдельными моторами, достаточны для деформации длинных микротрубочек, как и коллективные потоки жидкости, генерируемые многими движущимися моторами. Исследования потоков во время развития ооцитов у плодовой мушки D. melanogaster показали переход от пространственно неупорядоченного цитоскелета, поддерживающего потоки только с короткодействующими корреляциями, к упорядоченному состоянию с охватывающим клетки вихревым потоком. Чтобы проверить гипотезу о том, что этот переход управляется взаимодействием жидкость-структура, мы изучаем модель дискретных филаментов и крупнозернистую теорию континуума для моторов, движущихся на деформируемом цитоскелете, обе из которых проявляют вихревую неустойчивость к спонтанному большому потоку. вращательное движение масштаба, как наблюдается.
