Membrane nanotubes are continuously assembled and disassembled by the cell to generate and dispatch transport vesicles, for instance in endocytosis. While these processes crucially involve the ill-understood local mechanics of the nanotube, existing micromanipulation assays only give access to its global mechanical properties Here we develop a new platform to study this local mechanics using atomic force microscopy (AFM). On a single coverslip we quickly generate millions of substrate-bound nanotubes, out of which dozens can be imaged by AFM in a single experiment. A full theoretical description of the AFM tip-membrane interaction allows us to accurately relate AFM measurements of the nanotubes’ heights, widths, and rigidities to the membrane bending rigidity and tension thus demonstrating our assay as an accurate probe of nanotube mechanics. We reveal a universal relationship between nanotube height and rigidity, which is unaffected by the specific conditions of attachment to the substrate. Moreover, we show that the parabolic shape of force-displacement curves results from thermal fluctuations of the membrane that collides intermittently with the AFM tip. We also show that membrane nanotubes can exhibit high resilience against extreme lateral compression. Finally, we mimic in vivo actin polymerization on nanotubes, and use AFM to assess the induced changes in nanotube physical properties. Our assay may help unravel the local mechanics of membrane-protein interactions, including membrane remodeling in nanotube scission and vesicle formation.

中文翻译：

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绘制和建模裸露的和蛋白涂层的脂质纳米管的纳米力学

膜纳米管被细胞连续组装和拆卸，以产生和分派运输囊泡，例如在胞吞作用中。尽管这些过程至关重要地涉及到纳米管的不充分理解的局部力学，但是现有的显微操作测定法只能访问其整体力学性能。在这里，我们开发了一个新的平台，以使用原子力显微镜（AFM）研究这种局部力学。在单个盖玻片上，我们可以快速生成数百万个与基底结合的纳米管，其中AFM可以在单个实验中对其中的数十个成像。关于AFM尖端-膜相互作用的完整理论描述，使我们能够准确地将纳米管的高度，宽度和刚度的AFM测量结果与膜的弯曲刚度和张力相关联，从而证明了我们作为纳米管力学精确探针的测定方法。我们揭示了纳米管高度和刚度之间的通用关系，该关系不受附着到基板的特定条件的影响。此外，我们表明力-位移曲线的抛物线形状是由与AFM尖端间歇碰撞的膜的热涨落引起的。我们还表明，膜纳米管可以表现出极高的抵抗极端横向压缩的弹性。最后，我们模拟了体内肌动蛋白在纳米管上的聚合，并使用AFM评估了纳米管物理性质的诱导变化。我们的测定可能有助于揭示膜-蛋白质相互作用的局部机制，包括纳米管分裂和囊泡形成中的膜重塑。此外，我们表明力-位移曲线的抛物线形状是由与AFM尖端间歇碰撞的膜的热涨落引起的。我们还表明，膜纳米管可以表现出极高的抵抗极端横向压缩的弹性。最后，我们模拟体内肌动蛋白在纳米管上的聚合，并使用原子力显微镜评估纳米管物理性质的诱导变化。我们的测定可能有助于揭示膜-蛋白质相互作用的局部机理，包括纳米管分裂和囊泡形成中的膜重塑。此外，我们表明力-位移曲线的抛物线形状是由与AFM尖端间歇碰撞的膜的热涨落引起的。我们还表明，膜纳米管可以表现出极高的抵抗极端横向压缩的弹性。最后，我们模拟体内肌动蛋白在纳米管上的聚合，并使用原子力显微镜评估纳米管物理性质的诱导变化。我们的测定可能有助于揭示膜-蛋白质相互作用的局部机制，包括纳米管分裂和囊泡形成中的膜重塑。我们模拟了纳米管上的体内肌动蛋白聚合反应，并使用AFM评估了纳米管物理性质的诱导变化。我们的测定可能有助于揭示膜-蛋白质相互作用的局部机制，包括纳米管分裂和囊泡形成中的膜重塑。我们模拟了纳米管上的体内肌动蛋白聚合反应，并使用AFM评估了纳米管物理性质的诱导变化。我们的测定可能有助于揭示膜-蛋白质相互作用的局部机制，包括纳米管分裂和囊泡形成中的膜重塑。