اریگامی خمیده و تکین های توپولوژیکی امکان پذیر بودن فشار خون L. olor را فراهم می کند

پروتئین های تک سلولی تنوع قابل توجهی از اشکال را به نمایش می گذارند و طیف گسترده ای از کارکردها را انجام می دهند ، از جمله شکار طعمه های زنده در محیط های پویا.لاسی ماریا، یک مژگان درنده ، طعمه خود را با راه اندازی یک پروبوسک گردن مانند که می تواند به طور برگشت پذیر بیش از 30 برابر طول بدن اصلی خود را در آن شکار کند ، شکار می کند<30 s and perform this task repeatably (more than 20,000 times in its life cycle). Such large-scale morphodynamics-an ability to shapeshift in real time-can be quantified by the large strain and strain rate seen in a single cell. Fundamental limits of morphodynamics and how geometry encodes behavior in single cells remain largely unknown.

پروتئین ها استراتژی های قابل توجهی را برای شکوفایی تقریباً در تمام سوله های زیست محیطی در سیاره ما ، از دریای عمیق گرفته تا رودخانه های رودخانه ما نشان می دهند. اگرچه رابطه بین فرم و عملکرد ، بستر مطالعات بیولوژیکی است ، اما ما هنوز در مورد توضیح تنوع مورفولوژیکی مواد منفجره پروتئین ها ، درک ضعیفی داریم. با استفاده از لنز هندسه ، پیوند بین فرم و عملکرد را در یک پروتئین نمادین و شکل دهنده بررسی کردیم ،L. Olor، که شناخته شده است که طعمه را از طریق پویایی یک پروبوسکنی مانند گردن اولترالونگ گرفته می کند. با ظهور ابزارهای مختلف تصویربرداری برش ، ما از اجزای درون سلولی مانند اسکلت قشر مغز و معماری غشایی این سلول که در حالتهای مختلف مورفولوژیکی گرفتار شده ، از جمله یک حالت منقبض شده و یک حالت گسترده نقشه برداری کردیم. از آنجا که هندسه عاری از مقیاس است ، ویژگی های اساسی معماری اسکلتی اسکلتی همراه می تواند در یک مدل اریگامی فیزیکی مقیاس پذیر ضبط شود. در این کار ، ما نشان می دهیم که چگونه تکین های توپولوژیکی در این هندسه می توانند تحول فیزیکی یک سلول را کنترل کنند. استقرار یک برآمدگی گردن از طریق اریگامی در مقیاس سلولی یکی از بزرگترین میزان فشار و پسوند است که در یک سلول واحد مشاهده می شود.

ما بیشترین میزان کرنش و کرنش شناخته شده را در مورفودینامیک تک سلولی مقایسه کردیم و شناسایی کردیمL. Olorبه عنوان یک دور افتاده با تصویربرداری با وضوح بالا ، متوجه شدیم که این پسوند خطی توسط یک معماری مارپیچی اسکلت قشر مغز متشکل از باند های میکروتوبول که در لایه های مختلفی که پلات های غشایی تشکیل شده اند ، پشتیبانی می شود. این هندسه خاص هم رشته های غشایی و هم میکروتوبول لازم برای استقرار سریع یک پروبوسیک طولانی را ذخیره می کند و یک اریگامی خمیده خمیده را تشکیل می دهد. انتقال شدید بین حالت تاشو و آشکار شده در این اریگامی سلولی خمیده با حضور دو تک قطار توپولوژیکی کنترل می شود: "مخروط D" (مخروط قابل توسعه) و "تکینگی پیچشی" از گروه میکروتوبول. ما همچنین یک مدل مقیاس پذیر از این اریگامی ایجاد کردیم تا نشان دهد که چگونه پویایی همراه با مخروط D و پیچ و تاب منجر به ماهیت غیرفین (spooling) این اریگامی قابل اجرا می شود. کار ما نشان می دهد که چگونه می توان از تکین های توپولوژیکی توسط یک سلول برای کنترل استقرار اجزای درون سلولی استفاده کرد و ماهیت تجسم یافته کنترل رفتار را از طریق هندسه در این مژگان باز کرد.

از آنجا که مطالعات اخیر به برجسته کردن نقشهای مهم زیست محیطی پروتئین ها ادامه می یابد ، درک منشأ رفتار پیچیده در این سلولهای مجرد قابل توجه بسیار مهم است. تلاش زیادی برای نقشه برداری از تنوع ژنتیکی این سلول ها شده است ، اما ما هنوز هم در مورد تنوع مورفولوژیکی (هندسی) و عملکرد آن در پروتئین ها بسیار کمی می دانیم. با نقشه برداری از هندسه درون سلولی اسکلت اسکلتL. Olor، ما کنترل هندسی رفتار مورفورینگ شدید را در یک سلول واحد کشف کردیم. به عنوان نمونه زنده از اریگامی خمیده با الگوی میکروتوبول ، درک عمیق تر ما از این ساختار درهای جدیدی را برای سنتز مواد زیستی مبتنی بر اسکلت اسکلت با خصوصیات قابل تغییر مانند استقرار باز می کند. کار ما همچنین الهام بخش مستقیم برای میکروبوتیک های قابل استفاده و معماری فضایی سبک وزن است. طرح هایی که ما به دنبال آن بودیم برای به دست آوردن کنترل آژانس و تعبیه شده در ریزگردها ممکن است در تنوع هندسی پروتئین ها در دید ساده پنهان شوند.