肌球蛋白在细胞及组织尺度的力生物学实验表征和物理建模研究
发布时间：2021-11-09 14:00
细胞具有感知周边力学刺激并将其转化为生理生化信号的能力,简称力生物学感应。这种能力使细胞能够通过细胞骨架微结构的重塑来适应周围的物理微环境,并激活多个信号通路,影响和改变基因表达。这些现象包括了两个重要过程:机敏感知（mechanosensing）和机械传导（mechanotransduction）。在这些过程中,机械信号（力或者变形）从细胞外部环境被传递到细胞内的蛋白质和细胞器上。细胞皮质中的肌动蛋白细胞骨架蛋白是感知机械刺激和激活下游信号通路的主要参与者。定量了解单个细胞骨架蛋白的机械传感机制对于剖析这些蛋白在各种信号通路和生理系统中的作用至关重要。在细胞层面,力生物学感应的结果常以细胞的形态变化表现出来。细胞能以球形、椭球形、蝶形和柱状形等不同的形状存在。这些形状在外力和细胞内力的作用下会发生变化和转变。细胞形状的维持及其变化很大程度上是由细胞骨架决定的。在已知的三种细胞骨架系统中,微丝系统在控制细胞形态过程中起着重要作用。在分子尺度,微丝骨架蛋白的变形包括分子间的变形和分子内的变形。其中分子内的变形又依赖于具体的分子结构,譬如肽序列,折叠状态和二聚体（或低聚体）的组合状态。目前...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：133 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．?１细胞中机械感应和机械转导的示意图??
端。ＡＴＰ的加入有助于提高肌动蛋白的稳定性，并显着降??低组装的关键浓度。８?ｎｍ宽的肌动蛋白丝具有左旋螺旋形态，每个重复序列包含??１３个肌动蛋白单体，重复序列长度为３７?ｍｎ［７］。另外，肌动蛋白丝两股线缓慢地彼??此缠绕可以形成右旋螺旋结构。肌动蛋白单体相对最近的两个链旋转１６６°?［８］。??非肌肉肌球蛋白ＩＩ是常规肌球蛋白ＩＩ超家族的成员，由功能性六聚体单体组成，??该单体由两条重链，两条基本轻链（ＥＬＣ）和两条辅助性性轻链（ＲＬＣ）组成，形??成一个５００ｋＤａ复合物（如图１．２所示）。氨基末端马达结构域由催化核心组成，??该催化核心在结构上与Ｒａｓ家族小ＧＴＰａｓｅ?—致，包括ｓｗｉｔｃｈ?Ｉ和ｓｗｉｔｃｈ?ＩＩ螺旋以??及Ｗａｌｋｅｒ?ｐ－环家族核苷酸结合域。该催化核心通过肌动蛋白结合界面和转化域进行??功能化。转化域连接到８纳米长的ａ螺旋，由ＥＬＣ和ＲＬＣ包裹，形成杠杆臂。杠杆??臂连接至羧基末端的卷曲螺旋结构域Ｈ。与肌动蛋白结合后，运动结构域保持刚性，??而随着ＡＴＰ水解产物的释放，杠杆结构域旋转７０°角。杠杆臂的旋转导致肌动蛋白??丝相对于肌球蛋白的螺旋状线圈平移。??—＿＿＿＿＿?ＨＭＭ?＞??ｃ－ｉ?ｃ－ｙ?ＬＭＭ??１＾４???＾Ｈ??Ｖ??Ａｓｓｅｍｂｌｙ?Ｄｏｍａｉｎ??秦?ＲＬＣ??图１．２肌球蛋白ＩＩ的结构域结构。ＨＭＭ和ＬＭＭ分别代表重肌球蛋白和轻肌球蛋白。??为了产生力并承受载荷，肌球蛋白丨丨必须组装成双极粗丝（ＢＴＦ）。这些组??件的范围从少至八个（阿米巴虫）到多达４００个六聚体（哺乳动物的骨骼肌）。大??３??
?第一章绪论???多数哺乳动物的非肌肉肌球蛋白ＩＩ?（非肌肉重链ＩＩＡ，?ＩＩＢ和ＩＩＣ）组装成１０至３０??个单体的ＢＴＦ，而盘基网柄菌肌球蛋白ＩＩ被认为组装成具有７０个单体的ＢＴＦ。对??于双歧杆菌，认为组装过程是通过将两种单体形成平行二聚体而发生的，并且这些??平行二聚体中的两个连接在一起以形成反平行四聚体。一旦形成了反平行四聚体（稳??定的核），ＢＴＦ就会通过并排（横向）添加二聚体而生长，随着更多二聚体的添加，??ＢＴＦ不会额外延长（图１．３）?［ＩＧ］。在粗丝中，肌球蛋白ＩＩ分子被认为将它们的杆尾??平行堆叠在一起，并具有小的重叠，其中亚基通过静电相互作用结合在一起［１１］。因??此，与肌肌球蛋白ＩＩ的粗丝在组装时长度会增加时不同，Ｄｉｃｔｙｏｓｔｅｌｉｕｍ肌球蛋白单??体的长度为２５０?ｎｍ，而粗丝的长度仅为４００?ｎｍ，与组装的单体数量无关。组装过??程由肌球蛋白重链激酶（ＭＨＣＫｓ）调节，它使尾部区域中的三个关键苏氨酸磷酸化??。这种磷酸化阻止了肌球蛋白单体组装成ＢＴＦ，这对于维持盘基网柄菌细胞中单??体肌球蛋白的自由区（占总肌球蛋白ＩＩ的８０－９０％）是必需的。??ｍｏｎｏｍｅｒ?＾??ｄｉｍｅｒ?丫??ｔｅｔｒａｍｅｒ?—???ｂｉｐｏｌａｒ?ｔｈｉｃｋ??ｆｉｌａｍｅｎｔ??图１．３非肌肉肌球蛋白ＩＩ组装过程的图示。??ＡＣＬＰ可以将肌动蛋白丝组织成束和分支网络，这取决于它们的分子结构（如??图１．４所示），动力学特性和浓度［１３】。束状ＡＣＬＰ包括肌成束蛋白，ｆｏｒｋｅｄ，ｖｉｍｎ，??ｆｉｍｂｒｉｎ，?ｅｓｐｉｎ，?ｓｃｒｕｉｎ，?ｐｌａｓｔｉｎ，?ｃｏｒｔｅｘｉｌｌｉｎ
本文编号：3485489
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：133 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．?１细胞中机械感应和机械转导的示意图??
端。ＡＴＰ的加入有助于提高肌动蛋白的稳定性，并显着降??低组装的关键浓度。８?ｎｍ宽的肌动蛋白丝具有左旋螺旋形态，每个重复序列包含??１３个肌动蛋白单体，重复序列长度为３７?ｍｎ［７］。另外，肌动蛋白丝两股线缓慢地彼??此缠绕可以形成右旋螺旋结构。肌动蛋白单体相对最近的两个链旋转１６６°?［８］。??非肌肉肌球蛋白ＩＩ是常规肌球蛋白ＩＩ超家族的成员，由功能性六聚体单体组成，??该单体由两条重链，两条基本轻链（ＥＬＣ）和两条辅助性性轻链（ＲＬＣ）组成，形??成一个５００ｋＤａ复合物（如图１．２所示）。氨基末端马达结构域由催化核心组成，??该催化核心在结构上与Ｒａｓ家族小ＧＴＰａｓｅ?—致，包括ｓｗｉｔｃｈ?Ｉ和ｓｗｉｔｃｈ?ＩＩ螺旋以??及Ｗａｌｋｅｒ?ｐ－环家族核苷酸结合域。该催化核心通过肌动蛋白结合界面和转化域进行??功能化。转化域连接到８纳米长的ａ螺旋，由ＥＬＣ和ＲＬＣ包裹，形成杠杆臂。杠杆??臂连接至羧基末端的卷曲螺旋结构域Ｈ。与肌动蛋白结合后，运动结构域保持刚性，??而随着ＡＴＰ水解产物的释放，杠杆结构域旋转７０°角。杠杆臂的旋转导致肌动蛋白??丝相对于肌球蛋白的螺旋状线圈平移。??—＿＿＿＿＿?ＨＭＭ?＞??ｃ－ｉ?ｃ－ｙ?ＬＭＭ??１＾４???＾Ｈ??Ｖ??Ａｓｓｅｍｂｌｙ?Ｄｏｍａｉｎ??秦?ＲＬＣ??图１．２肌球蛋白ＩＩ的结构域结构。ＨＭＭ和ＬＭＭ分别代表重肌球蛋白和轻肌球蛋白。??为了产生力并承受载荷，肌球蛋白丨丨必须组装成双极粗丝（ＢＴＦ）。这些组??件的范围从少至八个（阿米巴虫）到多达４００个六聚体（哺乳动物的骨骼肌）。大??３??
?第一章绪论???多数哺乳动物的非肌肉肌球蛋白ＩＩ?（非肌肉重链ＩＩＡ，?ＩＩＢ和ＩＩＣ）组装成１０至３０??个单体的ＢＴＦ，而盘基网柄菌肌球蛋白ＩＩ被认为组装成具有７０个单体的ＢＴＦ。对??于双歧杆菌，认为组装过程是通过将两种单体形成平行二聚体而发生的，并且这些??平行二聚体中的两个连接在一起以形成反平行四聚体。一旦形成了反平行四聚体（稳??定的核），ＢＴＦ就会通过并排（横向）添加二聚体而生长，随着更多二聚体的添加，??ＢＴＦ不会额外延长（图１．３）?［ＩＧ］。在粗丝中，肌球蛋白ＩＩ分子被认为将它们的杆尾??平行堆叠在一起，并具有小的重叠，其中亚基通过静电相互作用结合在一起［１１］。因??此，与肌肌球蛋白ＩＩ的粗丝在组装时长度会增加时不同，Ｄｉｃｔｙｏｓｔｅｌｉｕｍ肌球蛋白单??体的长度为２５０?ｎｍ，而粗丝的长度仅为４００?ｎｍ，与组装的单体数量无关。组装过??程由肌球蛋白重链激酶（ＭＨＣＫｓ）调节，它使尾部区域中的三个关键苏氨酸磷酸化??。这种磷酸化阻止了肌球蛋白单体组装成ＢＴＦ，这对于维持盘基网柄菌细胞中单??体肌球蛋白的自由区（占总肌球蛋白ＩＩ的８０－９０％）是必需的。??ｍｏｎｏｍｅｒ?＾??ｄｉｍｅｒ?丫??ｔｅｔｒａｍｅｒ?—???ｂｉｐｏｌａｒ?ｔｈｉｃｋ??ｆｉｌａｍｅｎｔ??图１．３非肌肉肌球蛋白ＩＩ组装过程的图示。??ＡＣＬＰ可以将肌动蛋白丝组织成束和分支网络，这取决于它们的分子结构（如??图１．４所示），动力学特性和浓度［１３】。束状ＡＣＬＰ包括肌成束蛋白，ｆｏｒｋｅｄ，ｖｉｍｎ，??ｆｉｍｂｒｉｎ，?ｅｓｐｉｎ，?ｓｃｒｕｉｎ，?ｐｌａｓｔｉｎ，?ｃｏｒｔｅｘｉｌｌｉｎ
本文编号：3485489
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