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Fibronectin is a globular protein that circulates in the blood and undergoes fibrillogenesis if stretched or under other partially denaturing conditions, even in the absence of cells. Stretch assays made by pulling fibers from droplets of solutions containing high concentrations of fibronectin have previously been introduced in mechanobiology, particularly to ask how bacteria and cells exploit the stretching of fibronectin fibers within extracellular matrix to mechano-regulate its chemical display. Our electron microscopy analysis of their ultrastructure now reveals that the manually pulled fibronectin fibers are composed of densely packed lamellar spirals, whose interlamellar distances are dictated by ion-tunable electrostatic interactions. Our findings suggest that fibrillogenesis proceeds via an irreversible sheet-to-fiber transition as the fibronectin sheet formed at the air-liquid interface of the droplet is pulled off by a sharp tip. This far from equilibrium process is driven by the externally applied force, interfacial surface tension, shear-induced fibronectin self-association, and capillary force-induced buffer drainage. The ultrastructural characterization is then contrasted with previous FRET studies that characterized the molecular strain within these manually pulled fibers. Particularly relevant for stretch-dependent binding studies is the finding that the interior fiber surfaces are accessible to nanoparticles smaller than 10 nm. In summary, our study discovers the underpinning mechanism by which highly hierarchically structured fibers can be generated with unique mechanical and mechano-chemical properties, a concept that might be extended to other bio- or biomimetic polymers.

机译：纤连蛋白是一种球状蛋白，即使在没有细胞的情况下，如果在拉伸或在其他部分变性的条件下，也会在血液中循环并发生原纤维形成。通过从含有高浓度纤连蛋白的溶液液滴中拉出纤维而进行的拉伸测定法先前已被引入机械生物学，特别是询问细菌和细胞如何利用细胞外基质中纤连蛋白纤维的拉伸来机械调节其化学展示。我们对其超微结构的电子显微镜分析现在表明，手动拉动的纤连蛋白纤维由密集堆积的层状螺旋组成，层间距离由离子可调的静电相互作用决定。我们的发现表明，当在液滴的气液界面处形成的纤连蛋白片被尖锐的尖端拉开时，纤维发生是通过不可逆的片-纤维转变进行的。远离平衡过程的过程是由外部施加的力，界面表面张力，剪切诱导的纤连蛋白自缔合和毛细管力引起的缓冲液排出驱动的。然后，将超微结构表征与先前的FRET研究进行对比，后者对这些手动牵拉的纤维中的分子应变进行了表征。与拉伸依赖性结合研究特别相关的发现是，小于10 nm的纳米颗粒可进入内部纤维表面。总而言之，我们的研究发现了一种基础机制，通过该机制可以生成具有独特的机械和机械化学特性的高度分层结构的纤维，这一概念可能会扩展到其他生物或仿生聚合物。

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期刊名称 Elsevier Sponsored Documents
作者
Maria Mitsi; Stephan Handschin; Isabel Gerber; Ruth Schwartl?nder; Enrico Klotzsch; Roger Wepf; Viola Vogel;
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作者单位

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年(卷),期 -1(36),-1
年度 -1
页码 66–79
总页数 12
原文格式 PDF
正文语种
中图分类
关键词
Fibronectin Fibrillogenesis Sheet-to-fiber transition Monolayer-to-lamella transition Electron microscopy Kinetically trapped supramolecular system;

机译：纤连蛋白;原纤维形成;片层到纤维的转变;单层到薄片的转变;电子显微镜;动力学捕获的超分子系统;

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