上皮細(xì)胞通過(guò)局部募集上皮性鈣粘附蛋白（E-cadherin）建立胞間粘著連接,實(shí)驗(yàn)證實(shí)該過(guò)程受到肌球蛋白皮層張力的調(diào)控.為了從系統(tǒng)層面闡明粘著連接形成動(dòng)力學(xué)過(guò)程,本文考察皮層張力調(diào)控肌動(dòng)蛋白（F-actin）解聚從而參與E-cadherin級(jí)聯(lián)轉(zhuǎn)導(dǎo),同時(shí)以馬達(dá)-離合器機(jī)制模擬兩細(xì)胞相互作用,據(jù)此構(gòu)建可反映懸浮態(tài)細(xì)胞粘附的力學(xué)-化學(xué)耦合數(shù)學(xué)模型;對(duì)整體包含隨機(jī)點(diǎn)源的非線性反應(yīng)-擴(kuò)散方程組與平衡微分方程耦合系統(tǒng)采取了自行發(fā)展的格子Boltzmann-粒子法與蒙特-卡洛法數(shù)值求解.數(shù)值模擬表明,由收縮性肌球蛋白（myosin-II）拉動(dòng)胞間E-cadherin成鍵可提升皮層張力,進(jìn)而降低F-actin解聚速率﹑錨定更多的E-cadherin;所構(gòu)成的力學(xué)反饋回路展現(xiàn)出時(shí)空效應(yīng),可幫助E-cadherin在接觸區(qū)建立初始極性; E-cadherin形成順式二聚體則將初始極性放大,導(dǎo)致接觸區(qū)E-cadherin展現(xiàn)起始、快速增長(zhǎng)及慢速增長(zhǎng)的積聚動(dòng)力學(xué)特征.皮層呈松散結(jié)構(gòu)時(shí)剛度較小,可通過(guò)延長(zhǎng)胞間E-cadherin成鍵壽命提升張力,而接觸區(qū)弧度適中時(shí)（≈1.2 rad） E-cadherin峰值... 

【文章來(lái)源】：力學(xué)學(xué)報(bào). 2020,52(03)北大核心EICSCD

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【部分圖文】：

細(xì)胞離散模型.黏彈性單元與D1Q3單元(1維LBM單元,包含3個(gè)速度分量)動(dòng)態(tài)匹配.(b)力學(xué)反饋回路示意圖.(c)馬達(dá)-離合器機(jī)制[15]

圖2(b)是E-cad*時(shí)空調(diào)控圖,[-π/3,π/3]是平衡時(shí)細(xì)胞接觸區(qū)域.觀察到50 s后E-cad*依然持續(xù)募集至該區(qū)域,直至約6 min達(dá)到穩(wěn)態(tài).E-cad*募集與兩細(xì)胞接觸后產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)張力信號(hào)密切相關(guān),即由myosin-II持續(xù)地驅(qū)動(dòng)F-actin負(fù)向尾流(retrograde flow)引起胞間E-cad*成鍵受拉、傳導(dǎo)皮層張力.張力隨著E-cad*成鍵數(shù)增多而增強(qiáng),繼續(xù)通過(guò)減慢F-actin解聚錨定E-cad*,直至E-cad*與E-cad相互轉(zhuǎn)化速率動(dòng)態(tài)平衡.圖3(a)是Ct點(diǎn)處F-actin密度時(shí)程曲線圖.觀察到正常情況下(ctrl組),活性態(tài)Rac梯度促進(jìn)F-actin聚合同時(shí)張力抑制F-actin解聚,由此產(chǎn)生互補(bǔ)效果即將F-actin密度提高至約16μM,接近初始時(shí)2倍.在force-對(duì)照組中,令dτ=0 s-1以消除張力對(duì)F-actin調(diào)控,觀察到由Rac梯度單獨(dú)作用僅使得F-actin積聚密度為約12μM;在cis-對(duì)照組中,令?=0 s-1以取消E-cad*的成束效應(yīng),此時(shí)F-actin借助少量E-cad*介導(dǎo)的張力信號(hào)將自身穩(wěn)態(tài)密度恢復(fù)到約14μM.

圖3(b)是相應(yīng)的E-cad*密度時(shí)程曲線圖.觀察到,ctrl組中E-cad*在F-actin錨定及自身成束的雙重反饋下產(chǎn)生積聚,其密度增長(zhǎng)曲線呈現(xiàn)起始(0～30 s)、快速增長(zhǎng)(0.5～5 min)及緩慢增長(zhǎng)(5～8 min)三階段.在force-組中,F-actin密度最低,因此對(duì)E-cad*錨定量最少,E-cad*依靠成束將F-actin賦予的初始極性放大,最終達(dá)到約0.6μM;在cis-組中,E-cad*僅依賴與F-actin錨定產(chǎn)生積聚,穩(wěn)態(tài)時(shí)僅為約0.3μM.綜上所述并參考迄今少有爭(zhēng)議的真核細(xì)胞極化理論[27-30],針對(duì)懸浮態(tài)細(xì)胞粘附的動(dòng)力學(xué)過(guò)程亦可分為“方向感知”與“極化”.細(xì)胞接觸初期,接觸區(qū)域Rac活性及皮層張力的提升為E-cad*募集指明方向.兩類信號(hào)的起效方式不同:Rac信號(hào)受制于Arp2/3總量,它從起效到飽和的周期短,而張力信號(hào)受制于E-cad*密度,初始較弱但借助力學(xué)反饋回路持續(xù)增強(qiáng).E-cad*初始極性分布改變了順式二聚體成束的局部速率,后者即為“極化”機(jī)制,可引起E-cad向E-cad*加速轉(zhuǎn)化,直至E-cad大量消耗而達(dá)到穩(wěn)態(tài).為定量化兩類信號(hào)對(duì)AJs的調(diào)控作用,后續(xù)將改變模型初始條件(Rac活性或皮層張力)考察最終E-cad*信號(hào)輸出.

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于信號(hào)分子雙向輸運(yùn)的運(yùn)動(dòng)細(xì)胞極性反轉(zhuǎn)模擬[J]. 馮世亮,朱衛(wèi)平.  力學(xué)學(xué)報(bào). 2015(02)
[2]基于自然增長(zhǎng)的細(xì)胞群粘附數(shù)值模擬[J]. 呂杰,曹金鳳,許世雄.  力學(xué)學(xué)報(bào). 2010(04)



本文編號(hào)：3211326