Forças de compressão geradas por caudas de cometas de actina em vesículas lipídicas

Redes de filamentos de actina em polimerização geram força para uma variedade de movimentos em células vivas, incluindo a protrusão de filopódios e lamelipódios, motilidade intra e intercelular de certos patógenos bacterianos e virais, e motilidade de vesículas endocíticas e outros organelas ligadas à membrana. Durante a motilidade baseada em actina, populações coexistentes de filamentos de actina exercem forças de empuxo e resistência sobre a carga em movimento. Para examinar a distribuição e magnitude das forças geradas pela actina, desenvolvemos um sistema modelo onde grandes vesículas lipídicas artificiais revestidas com a proteína ActA do patógeno bacteriano Listeria monocytogenes são propulsionadas pela polimerização de actina em extrato citoplasmático. Encontramos que vesículas motéis associadas a caudas de cometas de actina são significativamente deformadas devido a uma força de compressão direcionada para dentro exercida pela polimerização de actina ortogonal à direção do movimento, que é >10 vezes maior em magnitude do que o componente da força exercida na direção do movimento. Além disso, há uma segregação espacial das forças de empuxo e resistência, de modo que o empuxo predomina ao longo dos lados da vesícula, embora as forças de resistência predominem na parte traseira. Estimamos que a força líquida total (empuxo menos resistência) gerada pela cauda do cometa de actina é aproximadamente 0,4-4 nN. Além disso, a formação da cauda do cometa de actina está associada à polarização da proteína ActA na superfície fluida da vesícula, o que pode reforçar a persistência do movimento unidirecional ajudando a manter uma assimetria persistente da densidade de filamentos de actina.