悬浮态上皮细胞粘附的力学-化学耦合模型及数值模拟

上皮细胞通过局部募集上皮性钙粘附蛋白 (E-cadherin) 建立胞间粘着连接, 实验证实该过程受到肌球蛋白皮层张力的调控. 为了从系统层面阐明粘着连接形成动力学过程, 本文考察皮层张力调控肌动蛋白 (F-actin) 解聚从而参与E-cadherin级联转导, 同时以马达-离合器机制模拟两细胞相互作用, 据此构建可反映悬浮态细胞粘附的力学-化学耦合数学模型; 对整体包含随机点源的非线性反应-扩散方程组与平衡微分方程耦合系统采取了自行发展的格子Boltzmann-粒子法与蒙特-卡洛法数值求解. 数值模拟表明, 由收缩性肌球蛋白 (myosin-II) 拉动胞间E-cadherin成键可提升皮层张力, 进而降低F-actin解聚速率﹑锚定更多的E-cadherin; 所构成的力学反馈回路展现出时空效应, 可帮助E-cadherin在接触区建立初始极性; E-cadherin形成顺式二聚体则将初始极性放大, 导致接触区E-cadherin展现起始、快速增长及慢速增长的积聚动力学特征. 皮层呈松散结构时刚度较小, 可通过延长胞间E-cadherin成键寿命提升张力, 而接触区弧度适中时($\approx$1.2 rad) E-cadherin峰值最高; 两者可分别作为启动力学反馈回路及调控粘着连接成熟度的有效手段.      

2012年度力学科学处面上项目、青年科学基金和地区科学基金资助情况介绍

经力学专家评审、数理科学部工作会议及基金委员会委务会审议,2012年度力学科学处面上项目、青年科学基金和地区科学基金资助项目已确定（见附表1）.现将有关信息公布如下：（1）国家自然科学基金委员会目前已确立了研究项目、人才项目和环境条件项目3个项目资助系列.这3个资助项目系列的定位各有侧重,相辅相成,构成了国家自然科学基金资助格局.面上项目属于研究项目系列,以获得科研创新成果为主要目的,并通过创新性科学研究培养科技人才,促进学科均衡、协调和可持续发展,     

力学科学处2011年重点项目结题审查情况的简要介绍

按照《国家自然科学基金重点项目管理办法》的有关规定: 自然科学基金委应当自收到结题材料之日起90 日内, 组织同行专家对重点项目完成情况进行审查. 为了促进重点项目之间的交流, 加强对比, 提高效率, 数理科学部于2012 年3 月15日至16 在北京召开会议组织专家对2011 年结题的重点项目进行了集中审查, 会议采取分学科处进行的方式. 力学科学处共有10 项重点项目进行了结题审查(见表1). 各项目负责人就研究计划的完成情况、取得的成果及水平, 以及人才培养和国际合作与交流的成效等进行了汇报. 评审专家进行了认真讨论, 形成了结题审查专家组评价意见.      

力学科学处2010年重点项目结题审查情况的简要介绍

按照《国家自然科学基金重点项目管理办法》的有关规定:自然科学基金委应当自收到结题材料之日起90日内,组织同行专家对重点项目的完成情况进行审查. 为了促进重点项目之间的交流, 加强对比, 提高效率,数理科学部于2011年3月15日至16日在北京召开会议组织专家对2010年结题的重点项目进行了集中审查,会议采取分学科进行的方式. 力学科学处共有10项重点项目进行了结题审查(见表1).各项目负责人就研究计划的完成情况、取得的成果及水平, 以及人才培养, 国际合作与交流的成效等进行了汇报.评审专家进行了认真讨论, 形成了结题审查专家组评价意见.      

2011年度力学科学处基金项目受理情况介绍

为便于力学科研人员及时了解2011年度基金项目申请信息,现将数理科学部力学科学处受理的面上项目、青年基金项目、地区基金项目、重点项目、国家杰出青年科学基金和海外及港澳学者合作研究基金项目的申请情况做一介绍.      

悬浮态上皮细胞粘附的力学-化学耦合模型及数值模拟

上皮细胞通过局部募集上皮性钙粘附蛋白(E-cadherin)建立胞间粘着连接,实验证实该过程受到肌球蛋白皮层张力的调控.为了从系统层面阐明粘着连接形成动力学过程,本文考察皮层张力调控肌动蛋白(F-actin)解聚从而参与E-cadherin级联转导,同时以马达-离合器机制模拟两细胞相互作用,据此构建可反映悬浮态细胞粘附的力学-化学耦合数学模型;对整体包含随机点源的非线性反应-扩散方程组与平衡微分方程耦合系统采取了自行发展的格子Boltzmann-粒子法与蒙特-卡洛法数值求解.数值模拟表明,由收缩性肌球蛋白(myosin-II)拉动胞间E-cadherin成键可提升皮层张力,进而降低F-actin解聚速率﹑锚定更多的E-cadherin;所构成的力学反馈回路展现出时空效应,可帮助E-cadherin在接触区建立初始极性; E-cadherin形成顺式二聚体则将初始极性放大,导致接触区E-cadherin展现起始、快速增长及慢速增长的积聚动力学特征.皮层呈松散结构时刚度较小,可通过延长胞间E-cadherin成键寿命提升张力,而接触区弧度适中时(≈1.2 rad) E-cadherin峰值最高;两者可分别作为启动力学反馈回路及调控粘着连接成熟度的有效手段.     

Multi-scale molecular dynamics simulations and applications on mechanosensitive proteins of integrins

Molecular dynamics simulation(MDS)is a powerful technology for investigating evolution dynamics of target proteins,and it is used widely in various fields from materials to biology.This mini-review introduced the principles,main preforming procedures,and advances of MDS,as well as its applications on the studies of conformational and allosteric dynamics of proteins especially on that of the mechanosensitive integrins.Future perspectives were also proposed.This review could provide clues in understanding the potentiality of MD simulations in structure–function relationship investigation of biological proteins.     

CD44-配体相互作用的生物力学与功能调控

作为一种广谱表达的细胞粘附分子, I型跨膜糖蛋白CD44(cluster of differentiation 44)参与细胞增殖、分化、迁移, 血管生成等生物学过程,对于介导细胞信号转导, 调节组织稳态等功能具有关键作用. 特别地,CD44-选择素、CD44 -透明质酸相互作用介导的细胞粘附动力学在经典炎症反应、肿瘤转移或组织特异的肝脏免疫中具有重要作用.该综述分别从细胞层次粘附动力学、二维与三维条件下的分子层次反应动力学、原子层次微观结构以及胞内信号转导通路等方面综述了CD44 -选择素、CD44 -透明质酸相互作用的研究进展及尚待回答的生物力学问题.力学、物理因素对生命活动的不可或缺性逐渐被研究者们接受,力学医学、力学免疫学、力学组学等新概念相继提出. 生理、病理条件下,CD44 -配体相互作用介导的细胞粘附必将受到血流剪切、基底硬度等力学、物理微环境的调控,但是其调控机制还远不清楚. 基于此,本文就CD44 -配体相互作用相关的未来研究方向做出展望, 主要包括:力学、物理因素如何调控CD44 -配体相互作用介导的细胞粘附动力学及其内在机制;CD44 -配体相互作用反应动力学的力学调控规律及结构基础是什么;以及力学作用下CD44 -配体相互作用原子层次的微观结构如何发生动态演化.本文可为深入理解CD44 -配体相互作用的生物学功能及其结构功能关系提供线索.      

2012 年度力学科学处基金项目受理情况介绍

为便于力学科研人员及时了解2012 年度基金项目申请信息, 现将数理科学部力学科学处受理的面上项目、青年科学基金项目、地区科学基金项目、重点项目、优秀青年科学基金、国家杰出青年科学基金和海外及港澳学者合作研究基金项目的申请情况做一介绍.      

2011年度力学科学处面上项目、青年科学和地区科学基金资助情况介绍

经力学专家评审、数理科学部工作会议及基金委员会委务会审议,2011年度力学科学处面上项目、青年科学基金和地区科学基金资助项目已确定（见附表1）。现将有关信息公布如下:（1）国家自然科学基金委员会根据基础研究发展趋势和“十一五”发展规划的总体部署,目前已确立了研究项目、人才项目和环境条件项目三个项目资助系列。这三个资助项目系列的定位各有侧重,相辅相成,构成了国家自然科学基金资助格局。面上项目属于研究项目系列,以获得科研创新成果为主要目的,并通过创新性科学研究培养科技人才,促进学科均衡、协调和可持续发展,提高基础研究水平。青年科学基金和地区科学基金划归人才项目系列,青年科学基金将采取加大资助规模并适当提高资助强度的措施,着力提高资助率,发挥其培养青年人才的作用;地区科学基金将大幅度提高资助强度,适度提高资助率,培养和扶植基础研究薄弱地区的科学技术人员,稳定和凝聚优秀人才,为区域创新体系建设与经济、社会发展服务。随着国家对基础研究投入的不断增加,2011年度自然科学基金委对部分类别项目的资助强度和资助期限等进行了调整:面上项目资助期限由3年延长为4年,平均资助强度约60万元/项;青年科学基金项目资助期限仍为3年,平均资助强度约25万元/项;地区科学基金项目资助期限由3年延长为4年,平均资助强度约50万元/项。