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运动细胞的简单1D模型中肌动蛋白丝的分支和突起速度。 (英语) Zbl 1447.92058号

小结:我们建立并分析了运动细胞前缘肌动蛋白密度空间分布的一维模型。该模型包括肌动蛋白丝的成核、覆盖、生长和衰变,以及肌动蛋白网的逆流和基于文献的已知参数值。利用简化的几何形状和对生化过程的合理假设,我们推导出肌动蛋白丝及其尖端密度的偏微分方程。分析行波解用于预测细胞速度如何取决于成核率、覆盖率、聚合率和膜阻力。分析和模拟与实测肌动蛋白分布的实验曲线一致。对模型的扩展版本进行了数值研究。我们发现,我们的模型能够以合理的单元速度产生稳定的行波解。增加纤丝成核速率(通过肌动蛋白相关蛋白Arp2/3)或肌动蛋白聚合速率可加快细胞速度,而增加覆盖速率或膜阻力则会降低细胞速度。我们考虑了成核的几种变体(自发、尖端和侧向分支),并发现在侧向分支情况下与实验测量的灯丝和尖端密度的空间分布最为一致。

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92立方厘米 细胞运动(趋化性等)
92年第35季度 与生物、化学和其他自然科学相关的PDE
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参考文献:

[1] 亚伯拉罕,V.C。;克里希纳穆尔西,V。;Taylor,D.L。;Lanni,F.,位于迁移细胞前沿的基于肌动蛋白的纳米机器,Biophys。J.,3,77,1721-1732(1999)
[2] 阿曼·K·J。;Pollard,T.D.,使用全内反射荧光显微镜直接实时观察Arp2/3复合物介导的肌动蛋白丝分支,Proc。美国国家科学院。科学。美国,26,98,15009-15013(2001)
[3] 马里兰州贝利。;马卡鲁索,F。;Cammer,M。;Chan,A。;西格尔,J.E。;Condeelis,J.S.,Arp2/3复合物与表皮生长因子刺激后癌细胞前缘肌动蛋白丝倒刺端之间的关系,细胞生物学杂志。,145, 2, 331-345 (1999)
[4] 马里兰州贝利。;伊切托夫金,I。;Grant,W。;Zebda,N。;马切斯基,L.M。;Segall,J.E。;Condeelis,J.,Arp2/3复合物的F-actin侧结合活性对肌动蛋白成核和跛足类伸展至关重要,Curr。生物学,8,11620-625(2001)
[5] Carlsson,A.E.,分支肌动蛋白网络对抗障碍物的生长,生物物理学。J.,4,81,1907-1923(2001)
[6] 卡尔森,A.E。;磨损,M.A。;Cooper,J.A.,Arp2/3复合物的末端与侧面分支,生物物理学。J.,2,86,1074-1081(2004)
[7] DiNubile,M.J。;Huang,S.,高浓度磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸可能通过三种潜在机制促进肌动蛋白丝的生长:通过中性粒细胞裂解物抑制覆盖、切断肌动蛋白纤维和从带刺末端去除覆盖蛋白-beta(2),Biochim。生物物理学。分子学报。细胞研究,31358261-278(1997)
[8] Edelstein-Keshet,L。;Ermentrout,G.B.,棒状聚合物空间聚合动力学模型,J.Math。生物,1,40,64-96(2000)·Zbl 0998.92015号
[9] Falet,H。;霍夫梅斯特,K.M。;Neujahr,R。;Italiano,J.E。;Stossel,T.P。;Southwick,F.S。;Hartwig,J.H.,游离肌动蛋白丝倒刺端对血小板和成纤维细胞Arp2/3复合功能的重要性,Proc。美国国家科学院。科学。美国,26,99,16782-16787(2002)
[10] 范伯格,J。;O.奎亚泰克。;阿斯蒂尔,C。;迪恩内特,S。;梅里,J。;海茨,F。;Benyamin,Y。;Roustan,C.,盖平和gelsolin的结构域1和2之间的动态关系,J.Pept。科学。,2, 4, 116-127 (1998)
[11] 藤原,I。;Suetsugu,S。;Uemura,S。;Takenawa,T。;Ishiwata,S.,肌动蛋白丝中Arp2/3复合物和N-WASP分支的可视化和力测量,生物化学。生物物理学。Res.Commun.公司。,5, 293, 1550-1555 (2002)
[12] 格里姆·H·P。;Verkhovsky,A.B。;Mogilner,A。;Meister,J.J.,《爬行细胞前沿的肌动蛋白动力学分析:对跛足型角膜细胞形状的影响》,《欧洲生物学》。《生物物理学杂志》。莱特。,6, 32, 563-577 (2003)
[13] 亨森·J·H。;斯维特基纳,T.M。;Burns,A.R。;休斯,H.E。;MacPartland,K.J。;Nazarian,R。;Borisy,G.G.,《海胆体腔细胞肌动蛋白逆行流的两个成分》,《分子生物学》。细胞,12,10,4075-4090(1999)
[14] 黄,M。;杨,C。;Schafer博士。;库珀,J.A。;希格斯,H.N。;Zigmond,S.H.,Cdc42诱导的肌动蛋白丝免受帽蛋白Curr的保护。生物学,17,9,979-982(1999)
[15] Jurado,C。;哈塞里克·J·R。;Lee,J.滑倒还是抓握?鱼类角膜细胞中的荧光斑点显微镜揭示了产生肌动蛋白(Mol.Biol)逆行流动的两种不同机制。细胞,2,16,507-518(2005)
[16] 库纳,J。;麦达利亚,O。;利纳鲁迪斯,A.A。;Baumeister,W.,使用冷冻电子断层扫描对真核细胞和原核细胞骨架结构组织的新见解,实验细胞研究,1301-38-42(2004)
[17] 兰布雷希茨,A。;Van Troys,M。;Ampe,C.,《正常和病理细胞运动中的肌动蛋白细胞骨架》,国际生物化学杂志。细胞生物学。,10, 36, 1890-1909 (2004)
[18] 林,C.H。;Espreafico,E.M。;Mooseker,M.S。;Forscher,P.,《肌球蛋白驱动神经元生长锥内的F-actin逆行流动》,《神经元》,4,16,769-782(1996)
[19] 洛伦茨,M。;DesMarais,V。;马卡卢索,F。;辛格·R·H。;Condeelis,J.,生长因子刺激后活癌细胞倒刺端、肌动蛋白聚合和运动性的测量,细胞运动。细胞骨架,4,57,207-217(2004)
[20] 曼达托,C.A。;Bement,W.M.,Actomosin运输微管,微管控制爪蟾卵母细胞伤口愈合过程中的肌动球蛋白募集,Curr。生物学,13,12,1096-1105(2003)
[21] Mogilner,A。;Edelstein-Keshet,L.,《快速移动细胞中肌动蛋白动力学的调节:定量分析》,《生物物理学》。J.,3,83,1237-1258(2002)
[22] Mogilner,A。;Oster,G.,肌动蛋白聚合驱动的细胞运动,生物物理学。J.,6,71,3030-3045(1996)
[23] Mogilner,A。;Oster,G.,《聚合物电机:向前推,向后拉》,Curr。生物,18,13,R721-R733(2003)
[24] 潘塔洛尼,D。;布杰马,R。;Didry,D。;Gounon,P。;Carlier,M.F.,Arp2/3复合分支丝刺端:与盖蛋白的功能拮抗,《自然细胞生物学》。,7, 2, 385-391 (2000)
[25] 波拉德·T·D。;Borisy,G.G.,《肌动蛋白丝组装和分解驱动的细胞运动》,《细胞》,第4期,第112期,第453-465页(2003年)
[26] 波拉德·T·D。;白菜,L。;Mullins,R.D.,非肌肉细胞中控制肌动蛋白丝动力学的分子机制,年度。生物物理学评论。生物分子结构。,29545-576(2000年)
[27] 庞蒂,A。;马查切克,M。;Gupton,S.L。;Waterman-Storer,C.M。;Danuser,G.,两种不同的肌动蛋白网络驱动迁移细胞的突起,《科学》,56913051782-1786(2004)
[28] Ponti,A。;马托夫,A。;亚当斯,M。;Gupton,S。;Waterman-Storer,C.M。;Danuser,G.,通过定量荧光斑点显微镜分析的移行上皮细胞板层和板层中肌动蛋白周转的周期模式,生物物理学。J.,5,89,3456-3469(2005)
[29] 雷蒙德,T。;Zigmond,S.H.,溶解的多形核白细胞中F-actin延伸位点的分布与内源性F-actin的分布平行,细胞运动。细胞骨架,1,26,7-18(1993)
[30] Schafer,D.A。;詹宁斯,P.B。;Cooper,J.A.,《体外覆盖蛋白和肌动蛋白组装动力学:多聚磷酰肌醇的无盖倒钩末端》,《细胞生物学杂志》。,1, 135, 169-179 (1996)
[31] Small,J.V.公司。;赫尔佐格,M。;Anderson,K.,鱼类跛足角化细胞中的肌动蛋白丝组织,细胞生物学杂志。,5, 129, 1275-1286 (1995)
[32] Small,J.V.公司。;斯特拉达尔,T。;维纳尔,E。;Rottner,K.,《跛足:运动的起点》,《细胞生物学趋势》。,3, 12, 112-120 (2002)
[33] Suetsugu,S。;Miki,H。;Takenawa,T.,通过Arp2/3复合物和WASP/WAVE蛋白对肌动蛋白聚合进行细胞骨架形成的时空调控,细胞运动。细胞骨架,51,3,113-122(2002)
[34] 斯维特基纳,T.M。;Borisy,G.G.,Arp2/3复合物和肌动蛋白解聚因子cofilin在lamellipodia树突状组织中的作用以及肌动蛋白丝阵列的走行,细胞生物学杂志。,5, 145, 1009-1026 (1999)
[35] 斯维特基纳,T.M。;Verkhovsky,A.B。;麦克奎德,K.M。;Borisy,G.G.,鱼类表皮角质细胞中肌动蛋白-肌球蛋白II系统的分析:细胞体易位的机制,细胞生物学杂志。,13997-415(1997年)
[36] 西蒙斯,M.H。;Mitchison,T.J.,《控制活性和渗透性成纤维细胞中的肌动蛋白聚合》,《细胞生物学杂志》。,3, 114, 503-513 (1991)
[37] Theriot,J.A。;Mitchison,T.J.,运动细胞中的肌动蛋白微丝动力学,《自然》,6331,352,126-131(1991)
[38] Tojima,T。;Ito,E.,分化神经元中神经元形态发生所需的从头合成蛋白质的信号转导级联,Prog。神经生物学。,3, 72, 183-193 (2004)
[39] 巴洛顿,P。;Gupton,S.L。;Waterman-Storer,C.M。;Danuser,G.,用定量荧光斑点显微镜同时绘制迁移细胞中丝状肌动蛋白流动和周转图,Proc。美国国家科学院。科学。美国,26,101,9660-9665(2004)
[40] 巴洛顿,P。;Danuser,G。;Bohnet,S。;梅斯特,J.J。;Verkhovsky,A.B.,《追踪角膜细胞逆行流动:前沿新闻》,《分子生物学》。细胞,3,16,1223-1231(2005)
[41] Verkhovsky,A.B。;查加,O.Y。;Schaub,S。;斯维特基纳,T.M。;梅斯特,J.J。;Borisy,G.G.,《活体运动细胞中显示的跛足肌动蛋白网络的定向顺序》,《分子生物学》。细胞,11,14,4667-4675(2003)
[42] 魏斯纳,S。;Helfer,E。;Didry,D。;杜库雷,G。;拉富马,F。;Carlier,M.F。;Pantaloni,D.,《一种仿生运动分析提供了对基于肌动蛋白运动机制的洞察》,《细胞生物学杂志》。,3, 160, 387-398 (2003)
[43] 伍德,W。;Martin,P.,聚焦丝状足类结构,国际生物化学杂志。细胞生物学。,7, 34, 726-730 (2002)
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