ケラチン中間フィラメントの束ね方のモデル

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Biophys. J..2020 Jul;119(1):65-74. S0006-3495(20)30443-4. doi: 10.1016/j.bpj.2020.05.024.Epub 2020-06-02.

ケラチン中間フィラメントの束ね方のモデル

Model for Bundling of Keratin Intermediate Filaments.

Ehud Haimov
Reinhard Windoffer
Rudolf E Leube
Michael Urbakh
Michael M Kozlov

PMID: 32533940 PMCID: PMC7335914. DOI: 10.1016/j.bpj.2020.05.024.

抄録

ケラチン中間フィラメントは、細胞質全体にまたがる動的な細胞内ネットワークを形成し、細胞に機械的強度を与える。ケラチン中間フィラメントネットワーク自体の機械的復元力は、フィラメントの束化によって決定される。この結束過程は、特定の架橋タンパク質が存在しなくても、人工的な条件で再現することが可能であり、フィラメント間に作用する一般的な物理的な力によって駆動されることが示唆されている。ここでは、フィラメント間の静電相互作用と疎水性相互作用に基づいたケラチン中間フィラメントの束化の詳細なモデルを提案する。このモデルは、フィラメントの電荷、構成するケラチンポリペプチドの疎水性残基の数、および電解質イオンが束の内部から排除される程度によって決定される最適な束の厚さによって、このプロセスが制限されることを予測する。フィラメントが束を結合させるために乗り越えなければならないエネルギー障壁を考慮して、束化過程の速度論を評価しています。

Keratin intermediate filaments form dynamic intracellular networks, which span the entire cytoplasm and provide mechanical strength to the cell. The mechanical resilience of the keratin intermediate filament network itself is determined by filament bundling. The bundling process can be reproduced in artificial conditions in the absence of any specific cross-linking proteins, which suggests that it is driven by generic physical forces acting between filaments. Here, we suggest a detailed model for bundling of keratin intermediate filaments based on interfilament electrostatic and hydrophobic interactions. It predicts that the process is limited by an optimal bundle thickness, which is determined by the electric charge of the filaments, the number of hydrophobic residues in the constituent keratin polypeptides, and the extent to which the electrolyte ions are excluded from the bundle interior. We evaluate the kinetics of the bundling process by considering the energy barrier a filament has to overcome for joining a bundle.