211service.com
Hoe moleculaire motoren cellulaire voortbeweging aandrijven
Een van de wonderen van de microscopische wereld is het vermogen van cellen om op eigen kracht van vorm te veranderen, te delen en zelfs te bewegen. De mechanica achter deze processen wordt aangedreven door het cytoskelet van een cel, een vezelig netwerk van actinefilamenten dat een soort interne steiger vormt.
Deze steiger is doorspekt met moleculaire motoren, myosine genaamd, die actinefilamenten vastgrijpen en beginnen te trekken, als een pubteam in een touwtrekken. Dit trekken zorgt ervoor dat een cel van vorm verandert, zich deelt en beweegt.
En toch, hoe een verzameling motoren die aan deze interne filamenten trekken dit proces kan aansturen, is niet helemaal duidelijk, vooral niet wanneer de motoren en vezels min of meer willekeurig zijn georiënteerd. Een puzzel in het bijzonder is hoe dit trekken de bulkeigenschappen van de cel, zoals de stijfheid, met vele ordes van grootte kan veranderen.
Vandaag krijgen we enig inzicht in dit probleem dankzij het werk van Chase Broedersz en Fred MacKintosh aan de Vrije Universiteit in Amsterdam. Deze jongens hebben een 2D-model gemaakt van een cellulaire steiger gemaakt van stijve filamenten en hebben moleculaire motoren in de structuur gestrooid. Wat ze waarnemen is een interessant inzicht in hoe het lineaire gedrag van de motoren leidt tot een niet-lineaire verandering in de stijfheid van de steiger.
Het belangrijkste is dat de spanningen in de steiger om te beginnen niet gelijk verdeeld zijn: er is voldoende speling. Dit heeft een groot effect op de bulkeigenschap van de cel, waardoor deze in wezen slap wordt.
Zet de motoren aan en dit verandert snel, zeggen Broedersz en MacKintosh. De motoren rollen snel de speling in en de steiger verstijft. De interne spanningen die door de motoren worden gegenereerd, trekken de slappe buigmodi in het systeem naar buiten, waardoor de stijve rekmodi overblijven, zeggen ze.
In zekere zin onthullen de motoren, in plaats van de eigenschappen van de steiger te veranderen, gewoon een ander aspect ervan dat anders verborgen zou blijven. Op die manier genereren de motoren een niet-lineaire verandering in stijfheid, ook al is hun eigen gedrag lineair.
Van daaruit is het niet moeilijk voor te stellen hoe de selectieve verstijving en verzachting van de celstructuur in verschillende delen van een cel kan leiden tot veranderingen in vorm, celdeling en zelfs voortbeweging.
Dat is een idee dat interessante implicaties kan hebben en niet alleen voor ons begrip van cellulaire mechanica. Deze principes kunnen inspireren tot het ontwerp van nieuwe actieve biomemetische materialen met instelbare elastische eigenschappen, zeggen Broedersz en MacKintosh.
Een nieuwe generatie cellulair geïnspireerde spullen. Koel!
Referentie: arxiv.org/abs/1009.3848 : Moleculaire motoren verstevigen niet-affiene semiflexibele polymeernetwerken