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2D and 3D Contraction of Actin and Actin Binding Protein Networks Driven by Motor Proteins
강돈영,이형석 대한기계학회 2021 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2021 No.4
Dynamics of the cell cytoskeleton such as migration and division are regulated by a contraction of network consisting of actin, actin binding proteins, and motor protein myosin. Although previous studies demonstrated various contractile behaviors of actin networks depending on protein concentrations, geometric boundary, and chemical environments, understanding of the contraction mechanism remains unclear. Here we developed in vitro assays that replicate the contraction of actin networks of cells. Actin and actin binding proteins were polymerized into a network on a lipid-coated glass surface. We demonstrated how actin networks contraction depend on relative concentration of proteins and mechanical boundary condition endowed by the surface characteristics. In order to elucidate the contraction mechanism, we developed the 2D and 3D computational models of actomyosin network that was able to track the individual components of network. Our study provides an intuition into not only the mechanism of cell dynamics but the design of biomimetic dynamic systems.
강돈영 ( Don-yeong Kang ),김의진 ( Eui-jin Kim ),남경민 ( Kyeong-min Nam ),고소희 ( So-hee Go ),김향미 ( Hyang-mi Kim ) 한국정보처리학회 2016 한국정보처리학회 학술대회논문집 Vol.23 No.1
본 프로그램은 기존 PC 원격제어 프로그램들이 갖고 있는 기능의 문제점, 비효율성, 사용의 불편함, 보안 위험 등의 결함을 보완하여 보다 편리하고 효율적이며 실용적인 작업환경을 제공하는데 목적이 있다. 따라서 기존 프로그램들의 기능과 특징을 분석하고 결함을 파악하여 해결방안을 제시하고 이를 고려한 프로그램을 설계하여 개발함으로써 누구나 PC 원격제어라는 편리함과 효율적인 작업환경이라는 기대효과를 예상해 보았다.
액틴 필라멘트의 강직도가 네트워크의 수축에 미치는 영향
강돈영(Donyoung Kang),이형석(Hyungsuk Lee) 대한기계학회 2020 大韓機械學會論文集B Vol.44 No.11
액틴 네트워크는 세포의 변형에 중요한 역할을 하는 요소이다. 액틴의 필라멘트의 구조와 특성이 마이오신에 의해 유발된 액틴 네트워크의 수축에 어떤 영향을 미치는지 살펴보기 위해 액토마이오신 네트워크의 컴퓨터 모델링을 설계했다. 이 모델을 통해서 우리는 액틴 필라멘트의 강직도가 액토마이오신 네트워크에 대한 동적 특성에 미치는 영향을 관찰했다. 특히, 로컬 평균 제곱 변위(local MSD)를 시간에 대한 함수로 계산해서 액틴 필라멘트의 강직도는 액틴 네트워크의 수축 반응 시간과 초확산과 탄도 운동 사이의 활동성 정도를 바꾼다는 것을 확인했다. 더욱이 필라멘트 강직도의 특정 임계 값에서 네트워크의 수축 속도와 효율이 상승되는 것을 밝혔고, 이것은 세포 내 액틴 필라멘트의 강직도가 특정값을 가지는 이유을 설명한다. The actin network plays a critical role in cellular deformations. To investigate how the filamentous structure and the characteristics of actin affect the actin network contraction induced by myosin, a computational model of actomyosin network was designed. Using the developed model, we investigated the effect of actin filament rigidity on the dynamic characteristics of the actomyosin network. Particularly, by calculating local MSD as a function of time, we found that actin filament rigidity changes the response time and the mode of the actin network contraction between superdiffusion and ballistic motions. Furthermore, the critical value of the filament rigidity which increases the network contraction speed and the contraction efficiency, was found to be similar to the rigidity of the actin in vivo.