|
PresentationsComputational modeling of microtubule force generation in optical tweezers experiments using Brownian dynamics approachCenter for Theoretical Problems of Physicochemical Pharmacology RAS, ul. Kosygina 4, Moscow, 119991, Russian Federation 1Lomonosov Moscow State University, Faculty of Physics, Leninskie Gory 1 build. 2, Moscow, 119991, Russian Federation 2Moscow Institute of Physics and Technology, Institutskii per. 9, Dolgoprudny, Moscow Region, 141701, Russian Federation Микротрубочки – относительно жесткие цилиндрические полимеры альфа- и бета-тубулинов, играющие фундаментальную роль в эукариотических клетках, включая организацию внутриклеточного пространства и транспорта, а также участие в клеточном делении. Ключевым свойством микротрубочек является динамическая нестабильность, заключающаяся в спонтанном переключении между сборкой и разборкой этих полимеров. Такое поведение микротрубочек может быть конвертировано в полезную механическую работу. При этом микротрубочка развивает силы для перемещения груза (например, хромосомы). Генерация силы микротрубочками, таким образом, является одним из факторов, регулирующих течение митоза клетки. Силы, генерируемые микротрубочками, были измерены в in vitro экспериментах с оптической ловушкой, в которых микросфера прикрепляется к микротрубочке с помощью линкерных молекул различной длины, а затем наблюдается, как деполимеризующаяся микротрубочка смещает микросферу из центра ловушки. Интерпретация таких экспериментов довольно сложна, поскольку на измеренный сигнал влияет множество факторов, среди которых особую роль играет в том числе механика всей системы и крепления. Для того чтобы количественно интерпретировать сигналы из таких экспериментов, мы построили модель микротрубочки на основе броуновской динамики. Динамика системы тубулиновых мономеров, представленных в виде взаимодействующих сфер, рассчитывалась численным решением уравнений Ланжевена по алгоритму Ермака–МакКаммона в потенциале, определяемом взаимодействиями тубулинов внутри микротрубочки. С помощью построенной модели мы установили важную роль линкера между микротрубочкой и микросферой как основного звена, во многом определяющего сценарий развития силы в эксперименте. Для коротких линкеров возникает существенный вращательный момент, влияющий на общую геометрию экспериментальной системы, что необходимо учитывать при интерпретации сигналов; для более длинных линкеров протофиламенты на конце микротрубочки могут работать в режиме почти линейной пружины, при котором возможно оценивать жесткость и энергию продольных и поперечных связей между тубулинами. Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект № 25-74-20038, https://rscf.ru/project/25-74-20038/).
|
