[論文レビュー] Motility initiation in active gels

Pierre Recho, Thibaut Putelat+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 28, 2015

Micro and Nano Robotics参考文献 100被引用数 3

ひとこと要約

本論文では、クローリング細胞の代理としてモデル化されたアクティブゲルにおける収縮性の増大が、対称性の破れと初期移動を引き起こすと提案している。過剰な収縮は一時的な停止と再対称化を引き起こす。理論はキラトサイトの移動開始パターンと分裂直前の行動を再現し、収縮性ダイナミクスと細胞の極性および移動状態の遷移を結びつける。

ABSTRACT

Motility initiation in crawling cells requires a symmetry breaking mechanism which transforms a symmetric state into a polarized state. Experiments on keratocytes suggest that polarization is triggered by increased contractility of motor proteins. In this paper we argue that contraction can be responsible not only for the symmetry breaking transition but also for the incipient translocation of the segment of an active gel mimicking the crawling cell. Our model suggests that when the contractility increases sufficiently far beyond the motility initiation threshold, the cell can stop and re-symmetrizes. The proposed theory reproduces the motility initiation pattern in fish keratocytes and the behavior of keratocytes prior to cell division.

研究の動機と目的

• アクティブゲルが細胞移動中に対称的状態から極性状態へと移行するメカニズムを理解すること。
• モーターたんぱく質の収縮性が、クローリング細胞モデルにおいて対称性の破れと初期移動を引き起こす仕組みを調査すること。
• 過剰な収縮性が移動サイクル中に一時的な停止と再対称化を引き起こす条件を探索すること。
• 最小限のアクティブゲルモデルを用いて、魚のキラトサイトで観察された実験的移動パターンおよび細胞分裂直前の行動を再現すること。

提案手法

• クローリング細胞の力学的挙動を模倣するため、調整可能な収縮性を有する2次元アクティブゲルをモデル化する。
• 対称性の破れを誘発し、移動を開始させるために、臨界閾値を超える収縮性パラメータを導入する。
• 連続体力学とアクティブマター理論を用いて、収縮性とゲルの変形の間のフィードバックを記述する。
• 初期化閾値を超えた系の応答を分析し、一時的な停止と再対称化を引き起こす条件を同定する。
• モデルの予測を、キラトサイトの移動および分裂直前のダイナミクスに関する実験データと比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 アクティブゲルにおける収縮性の増大は、どのように対称性の破れと移動の開始を引き起こすか？
• RQ2 収縮性が移動開始閾値を超えた場合、システムはどのように変化するか？
• RQ3 このモデルは、魚のキラトサイトで観察された特徴的な移動開始パターンを再現できるか？
• RQ4 このモデルは、細胞分裂直前に観察される一時的な再対称化行動を捉えられるか？

主な発見

• 移動開始閾値を超えて収縮性が増大すると、アクティブゲルは一時的な停止と再対称化を示す。
• モデルは、魚のキラトサイトで実験的に観察された移動開始パターンを成功裏に再現した。
• システムは収縮性に対して非単調な応答を示し、移動は特定の収縮力範囲内でのみ出現する。
• モデルは収縮性ダイナミクスを通じて、キラトサイトの分裂直前の行動、すなわち極性の喪失と再組織化を捉えている。