机械张力以阶梯式扩展微管晶格，并以异构体依赖的方式调节驱动蛋白1的结合

近期研究表明，微管晶格具有显著的结构可塑性，其构象可受到微管相关蛋白和马达蛋白的调节。然而，这种可塑性如何响应机械力仍知之甚少。本文中，我们开发了光学镊子和荧光显微镜实验方法，用于测量拉伸力对单根微管的影响。量子点标记使我们能够以纳米精度测量晶格畸变；当平均拉伸力变化为 10.6 pN、且力的范围位于 `Fmin = 1.29 pN` 到 `Fmax = 22.3 pN` 之间时，观测到约 0.33% 的晶格畸变——这一力范围与 1 至 3 个 kinesin-1 马达产生的力相当。 在这一力范围内，kinesin-1 异构体 KIF5B 的结合速率在数秒内可逆性下降约 20%，解离速率增加约 10%，从而降低了平均运行长度，在极端情况下最多可下降 46%。我们还观察到单根微管沿长度方向存在显著异质性，不同晶格区域对外加力的响应不同，这意味着晶格膨胀并不总是均一的。在细胞中也观察到一致的异质性现象：具有相互竞争构象偏好的 MAP 会沿同一根微管组装成彼此不重叠的斑块。 基于微管蛋白构象双稳态、并得到动力学模拟支持的协同切换晶格 Ising 模型，能够以定量方式重现这些观察结果，其临界切换力 `Fc = 8.5 pN`，与 talin 和 E-catenin 等已知机械感受蛋白相近。值得注意的是，对于 KIF5C 并未观察到显著效应，这揭示了依赖于 kinesin 异构体的机械响应。总体而言，这些发现确立了微管作为机械化学信号转导器的角色，能够以快速细胞响应所需的速度、空间精度和灵敏度，将机械力转换为生化信号。

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🏷️ 微管晶格 机械张力 驱动蛋白结合 光学镊子 机械信号转导