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肌球蛋白II通过机械耦联的马达群体的集体作用产生力，然而，这些群体如何感知马达占有率的变化并协调力的产生，其机制仍知之甚少。群体产力可能并非仅由马达数量决定，而是受有效马达占有率与机械协调之间最佳平衡的支配。我们重构了心肌肌球蛋白群体，并利用小分子药物 omecamtiv mecarbil（OM）和 mavacamten（MAVA）系统性扰动有效马达占有率：前者延长肌动蛋白-肌球蛋白相互作用，后者减少可用于产力的肌球蛋白头部数量。对全长和 S1 心肌肌球蛋白群体进行的光镊测量显示，力的产生同时依赖于肌球蛋白浓度和药理学扰动。在无药条件下降低肌球蛋白浓度会增强产力，而 OM 和 MAVA 所引起的响应则随群体初始占有状态而变化。在高马达占有率下，低浓度 MAVA 可增强产力；而在低马达占有率下，则会降低产力。与此同时，OM 在终点力和力动力学两方面均产生依赖占有率的变化。力轨迹进一步揭示了产力持续性和时间协调性的改变。这些发现支持这样一种模型：心肌肌球蛋白群体沿着一个占有率—协调性图景运行，其中最大产力是在中等水平的有效马达占有率下实现的。我们的结果阐明了马达占有率变化如何转化为协调的群体力学，并提示通过共享肌动蛋白丝产生的涌现性机械反馈，可能使群体能够集体感知并适应其机械状态。
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摘要
肌球蛋白 II 通过机械耦联的马达群体的集体作用产生力，然而，这些群体如何感知马达占据状态的变化并协调力生成的机制，仍然知之甚少。群体的力产生可能并非仅由马达数量决定，而是受有效马达占据与机械协调之间最佳平衡的支配。我们重构了心肌肌球蛋白群体，并利用小分子药物 omecamtiv mecarbil（OM）和 mavacamten（MAVA）系统性扰动有效马达占据状态；其中，OM 延长肌动蛋白-肌球蛋白相互作用，而 MAVA 减少可用于产力的肌球蛋白头的数量。对全长心肌肌球蛋白及其 S1 心肌肌球蛋白群体进行的光镊测量显示，力生成同时依赖于肌球蛋白浓度和药理学扰动。在无药条件下，降低肌球蛋白浓度会增强力生成，而 OM 和 MAVA 所引起的反应则随群体初始占据状态而变化。低浓度 MAVA 在高马达占据条件下增强力生成，但在低马达占据条件下降低力；与此同时，OM 在终点力和力动力学两方面均产生依赖占据状态的变化。力轨迹进一步揭示了力生成持续性及其时间协调性的变化。这些发现支持一种模型，即心肌肌球蛋白群体沿着一个“占据—协调”图景运行，其中最大力生成是在中等水平的有效马达占据下实现的。我们的结果阐明了马达占据状态的变化如何被转化为协调一致的群体力学行为，并提示，共享肌动蛋白丝所介导的涌现性机械反馈，可能使这些群体能够集体感知并适应其机械状态。
利益冲突声明 已声明的资助信息 美国心脏协会， https://ror.org/013kjyp64 ，848586 美国国立卫生研究院， https://ror.org/01cwqze88 ，R35GM147030 美国国家科学基金会， https://ror.org/021nxhr62 ，CAREER #2439729 ，REU 项目：Ole Miss 纳米工程暑期 REU 项目 #2148764
版权 持有人为作者/资助方，其已授予 bioRxiv 永久展示该预印本的许可。 本文依据 CC-BY-ND 4.0 国际许可协议 提供。
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发布于 2026 年 7 月 19 日。 下载 PDF 电子邮件
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马达占据定义心肌肌球蛋白群体中的涌现机械状态
Omayma Y. Alazzam ， Md. Amzadul Hoque Chowdhury ， Heath M. Stevens ， Dana N. Reinemann
bioRxiv 2026.07.17.739215； doi： https://doi.org/10.64898/2026.07.17.739215
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马达占据定义心肌肌球蛋白群体中的涌现机械状态
Omayma Y. Alazzam ， Md. Amzadul Hoque Chowdhury ， Heath M. Stevens ， Dana N. Reinemann
bioRxiv 2026.07.17.739215； doi： https://doi.org/10.64898/2026.07.17.739215
📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.07.17.739215v1?rss=1
🏷️ 心肌肌球蛋白 马达占据率 群体力学 机械耦联 光镊测量 小分子调控