Hierarchical Structure Controls Nanomechanical Properties of Vimentin Intermediate Filaments
Notice bibliographique
Résumé
Intermediate filaments (IFs), in addition to microtubules and microfilaments, are one of the three major components of the cytoskeleton in eukaryotic cells, playing a vital role in mechanotransduction and in providing mechanical stability to cells. Despite the importance of IF mechanics for cell biology and cell mechanics, the structural basis for their mechanical properties remains unknown. Specifically, our understanding of fundamental filament properties, such as the basis for their great extensibility, stiffening properties, and their exceptional mechanical resilience remains limited. This has prevented us from answering fundamental structure-function relationship questions related to the biomechanical role of intermediate filaments, which is crucial to link structure and function in the protein material's biological context. Here we utilize an atomistic-level model of the human vimentin dimer and tetramer to study their response to mechanical tensile stress, and describe a detailed analysis of the mechanical properties and associated deformation mechanisms. We observe a transition from alpha-helices to beta-sheets with subsequent interdimer sliding under mechanical deformation, which has been inferred previously from experimental results. By upscaling our results we report, for the first time, a quantitative comparison to experimental results of IF nanomechanics, showing good agreement. Through the identification of links between structures and deformation mechanisms at distinct hierarchical levels, we show that the multi-scale structure of IFs is crucial for their characteristic mechanical properties, in particular their ability to undergo severe deformation of approximately 300% strain without breaking, facilitated by a cascaded activation of a distinct deformation mechanisms operating at different levels. This process enables IFs to combine disparate properties such as mechanosensitivity, strength and deformability. Our results enable a new paradigm in studying biological and mechanical properties of IFs from an atomistic perspective, and lay the foundation to understanding how properties of individual protein molecules can have profound effects at larger length-scales.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».