MARC

 008260126s2025        us                              c    eng  d
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■020    ▼a9798293887866
■035    ▼a(MiAaPQ)AAI32042280
■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a510
■1001  ▼aSavinov,  Mariya.
■24510▼aBiophysical  Modeling  and  Simulation  of  Contractile  Actomyosin  Dynamics
■260    ▼a[Sl]▼bNew  York  University▼c2025
■260  1▼aAnn  Arbor▼bProQuest  Dissertations  &  Theses▼c2025
■300    ▼a278  p
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  87-03,  Section:  B.
■500    ▼aAdvisor:  Mogilner,  Alex.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--New  York  University,  2025.
■520    ▼aThe  actomyosin  cytoskeleton---complex  self-organized  assemblies  of  actin  protein  filaments,  myosin  molecular  motors,  and  auxiliary  proteins---dynamically  rearranges  throughout  the  cell  cycle  to  form  active,  force-generating  subcellular  structures  which  the  cell  harnesses  for  essential  processes  including  division,  motility,  and  mechanosensing.  The  improper  regulation  or  function  of  the  actomyosin  cytoskeleton  is  tied  to  a  myriad  of  diseases,  so  developing  an  understanding  of  the  dynamics  and,  moreover,  regulation  of  the  cytoskeleton  is  essential.  In  this  dissertation,  we  use  mathematical  modeling  in  collaboration  with  experimental  labs  to  explore  the  careful  interplay  of  factors  which  govern  actomyosin  dynamics.In  Chapter  1,  we  explore  the  importance  of  system  size  on  the  dynamics  of  actomyosin  networks  with  rapid  turnover,  working  with  the  lab  of  Prof.  Kinneret  Keren  who  employ  a  reconstituted  system  based  on  cell  extracts  embedded  in  water-in-oil  droplets  of  varying  size.  We  present  the  experimentally  observed  size-dependent  transition  in  the  network's  dynamic  behavior:  from  steady  contractile  flow  in  small  droplets  to  periodic  waves  of  contraction  in  large  droplets.  We  develop  a  mathematical  model  of  the  actomyosin  network  as  a  viscous  fluid  evolving  according  to  a  reaction-drift  equation,  capturing  key  experimental  results  and  predicting  the  transition  size  as  a  function  of  network  parameters.  Central  to  the  resultant  theoretical  framework  is  the  how  network  percolation  determines  distinct  mechanical  regimes  of  the  actomyosin  network,  and  the  inherent  conflict  of  connectivity  and  contractility.  Through  a  combination  of  experiments  and  theory,  we  demonstrate  how  varied  contraction  patterns  can  arise  from  the  same  microscopic  constituents  without  invoking  specific  biochemical  regulation.In  Chapter  2,  through  a  collaboration  with  the  CytoMorpho  Lab  of  Profs.  Manuel  Thery  and  Laurent  Blanchoin  (CEA),  we  examine  the  role  of  surface  friction  in  the  contraction  of  branched  actomyosin  networks,  employing  reconstituted  actomyosin  networks  from  purified  proteins  micropatterned  on  glass-  and  lipid-  coated  surfaces.  We  present  the  experimental  evidence  that  surface  friction  guides  actomyosin  network  contraction,  in  a  manner  which  is  surprisingly  robust  to  the  spatial  distribution  of  myosin  molecular  motors.  To  uncover  the  underlying  mechanisms  behind  this  friction-dependent  contraction,  we  model  the  actomyosin  network  as  a  viscoelastic,  cable-network  material  with  active  stresses  from  advected  myosin  motors.  Analysis  and  numerical  simulation  demonstrated  that  our  model  successfully  reproduces  key  experimental  results  and  explains  why  the  friction,  not  myosin,  pattern  determines  the  compaction  point  through  a  center  of  drag  argument.  Our  findings  show  how  robust,  cell-scale  contractile  behaviors  can  arise  from  patterning  of  resistive  forces,  explaining  how  homogeneous  networks  could  contract  asymmetrically  in  cells  and  tissues.Finally,  in  Chapter  3  we  present  a  novel  model  for  stress  fibers,  a  different  kind  of  actomyosin  structure  composed  of  thick  bundles  of  filaments,  immersed  in  bulk  fine-mesh  actomyosin  networks.  Though  these  different  actomyosin  structures  coexist  simultaneously  in  the  cell,  the  extent  to  which  stress  fibers  and  bulk  actomyosin  networks  impact  each  other's  dynamics  is  still  not  well  understood.  We  examine  this  interaction  through  the  lens  of  fluid-structure  interaction  problems,  utilizing  the  Immersed  Boundary  Method  to  couple  models  of  stress  fibers  and  bulk  networks.  Through  numerical  simulation,  we  characterize  the  dynamics  of  both  bulk  networks  and  stress  fibers  with  and  without  interaction,  capturing  a  variety  of  experimentally  observed  behaviors.  Our  work  highlights  the  interplay  and  balance  between  coexisting  actomyosin  assemblies,  and  the  relevance  of  hydrodynamic  interactions  between  stress  fibers  and  other  higher-order  contractile  structures  which  make  up  the  actomyosin  cytoskeleton.
■590    ▼aSchool  code:  0146.
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■650  4▼aBiomechanics
■653    ▼aActomyosin
■653    ▼aFluid-structure  interaction
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■71020▼aNew  York  University▼bMathematics.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g87-03B.
■790    ▼a0146
■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2025
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T17357776▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.

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