The actomyosin cytoskeleton enables cells to resist deformation, crawl, change their shape and sense their surroundings. Despite decades of study, how its molecular constituents can assemble together to form a network with the observed mechanics of cells remains poorly understood. Recently, it has been shown that the actomyosin cortex of quiescent cells can undergo frequent, abrupt reconfigurations and displacements, called cytoquakes. Notably, such fluctuations are not predicted by current physical models of actomyosin networks, and their prevalence across cell types and mechanical environments has not previously been studied. Using micropost array detectors, we have performed high-resolution measurements of the dynamic mechanical fluctuations of cells' actomyosin cortex and stress fiber networks. This reveals cortical dynamics dominated by cytoquakes-intermittent events with a fat-tailed distribution of displacements, sometimes spanning microposts separated by 4 μm, in all cell types studied. These included 3T3 fibroblasts, where cytoquakes persisted over substrate stiffnesses spanning the tissue-relevant range of 4.3 kPa-17 kPa, and primary neonatal rat cardiac fibroblasts and myofibroblasts, human embryonic kidney cells and human bone osteosarcoma epithelial (U2OS) cells, where cytoquakes were observed on substrates in the same stiffness range. Overall, these findings suggest that the cortex self-organizes into a marginally stable mechanical state whose physics may contribute to cell mechanical properties, active behavior and mechanosensing.

中文翻译：

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跨细胞类型和底物硬度的肌动球蛋白皮质中普遍存在细胞震荡。

肌动球蛋白细胞骨架使细胞能够抵抗变形、爬行、改变形状和感知周围环境。尽管进行了数十年的研究，但其分子成分如何组装在一起形成具有观察到的细胞力学的网络仍然知之甚少。最近，已经表明静止细胞的肌动球蛋白皮层可以经历频繁的、突然的重新配置和位移，称为细胞震。值得注意的是，目前的肌动球蛋白网络物理模型无法预测这种波动，并且以前没有研究过它们在细胞类型和机械环境中的普遍性。使用微柱阵列探测器，我们对细胞的肌动球蛋白皮层和应力纤维网络的动态机械波动进行了高分辨率测量。这揭示了在所研究的所有细胞类型中，由细胞震断事件主导的皮层动力学具有肥尾分布的位移，有时跨越相隔 4 μm 的微柱。其中包括 3T3 成纤维细胞，其中 cytoquakes 持续超过 4.3 kPa-17 kPa 的组织相关范围的基质刚度，以及原代新生大鼠心脏成纤维细胞和肌成纤维细胞、人胚胎肾细胞和人骨骨肉瘤上皮 (U2OS) 细胞，其中 cytoquakes 是在相同刚度范围内的基材上观察到。总体而言，这些研究结果表明，皮层自组织成一种勉强稳定的机械状态，其物理特性可能有助于细胞机械特性、活动行为和机械传感。在所有研究的细胞类型中，有时跨越相隔 4 μm 的微柱。其中包括 3T3 成纤维细胞，其中 cytoquakes 持续超过 4.3 kPa-17 kPa 的组织相关范围的基质刚度，以及原代新生大鼠心脏成纤维细胞和肌成纤维细胞、人胚胎肾细胞和人骨骨肉瘤上皮 (U2OS) 细胞，其中 cytoquakes 是在相同刚度范围内的基材上观察到。总体而言，这些研究结果表明，皮层自组织成一种勉强稳定的机械状态，其物理特性可能有助于细胞机械特性、活动行为和机械传感。在所有研究的细胞类型中，有时跨越相隔 4 μm 的微柱。其中包括 3T3 成纤维细胞，其中 cytoquakes 持续超过 4.3 kPa-17 kPa 的组织相关范围的基质刚度，以及原代新生大鼠心脏成纤维细胞和肌成纤维细胞、人胚胎肾细胞和人骨骨肉瘤上皮 (U2OS) 细胞，其中 cytoquakes 是在相同刚度范围内的基材上观察到。总体而言，这些研究结果表明，皮层自组织成一种勉强稳定的机械状态，其物理特性可能有助于细胞机械特性、活动行为和机械传感。和原代新生大鼠心脏成纤维细胞和肌成纤维细胞、人胚胎肾细胞和人骨骨肉瘤上皮 (U2OS) 细胞，其中在相同硬度范围的基质上观察到细胞震荡。总体而言，这些研究结果表明，皮层自组织成一种勉强稳定的机械状态，其物理特性可能有助于细胞机械特性、活动行为和机械传感。和原代新生大鼠心脏成纤维细胞和肌成纤维细胞、人胚胎肾细胞和人骨骨肉瘤上皮 (U2OS) 细胞，其中在相同硬度范围的基质上观察到细胞震荡。总体而言，这些研究结果表明，皮层自组织成一种勉强稳定的机械状态，其物理特性可能有助于细胞机械特性、活动行为和机械传感。