Eukaryotic cell processes depend on molecular motors to transport cargo along cytoskeletal filaments, and the response of these mechanoenzymes to external forces shapes their cellular function. These responses have been largely mapped out in dilute, in vitro media. The cytosol, however, is host to a high concentration of macromolecules, and this crowding can alter protein conformation, binding rates, reaction kinetics and therefore motor function. Here, we use live-cell and single-molecule imaging and optical tweezer force measurements to uncover the consequences of macromolecular crowding on cargo transport by kinesin-1 motors. Surprisingly, we find that crowding significantly slows transport by teams of motors, while having no effect on single-motor velocity. We find that this emergent property of kinesin teams results from the increased sensitivity of the individual motors to hindering load when in a crowded medium. We explain this increased sensitivity using a model where entropic forces due to crowding push the two kinesin heads together into a more compact configuration when the motor is poised to take a step. Our results highlight the importance of motor–motor interactions in cargo transport, explain the long-observed variability of cargo velocity and suggest the use of crowding as a control parameter to study kinesin’s mechanochemical cycle.

真核细胞过程依靠分子马达沿着细胞骨架细丝运输货物，这些机械酶对外力的反应影响了它们的细胞功能。这些反应在很大程度上是在稀的体外培养基中进行的。然而，胞质溶胶是高浓度大分子的宿主，这种拥挤会改变蛋白质构象，结合率，反应动力学，进而改变运动功能。在这里，我们使用活细胞和单分子成像以及光学镊子力测量来揭示大分子拥挤对驱动蛋白1电机运输货物的影响。出乎意料的是，我们发现拥挤显着减慢了电机团队的运输速度，而对单电机速度没有影响。我们发现，在拥挤的介质中，驱动马达组的这种新兴特性是由于单个电动机对阻碍负载的敏感性增加所致。我们使用一个模型来解释这种增加的灵敏度，在这种模型中，当电动机准备迈出一步时，由于拥挤而产生的熵力将两个驱动蛋白头推向一个更紧凑的配置。我们的研究结果突出了电机之间的相互作用在货物运输中的重要性，解释了长期以来观察到的货物速度变化，并建议使用拥挤作为控制参数来研究驱动蛋白的机械化学循环。我们使用一个模型来解释这种增加的灵敏度，其中当电动机准备迈出一步时，由于拥挤而产生的熵力将两个驱动蛋白头推到一个更紧凑的配置中。我们的研究结果突出了电机之间的相互作用在货物运输中的重要性，解释了长期以来观察到的货物速度变化，并建议使用拥挤作为控制参数来研究驱动蛋白的机械化学循环。我们使用一个模型来解释这种增加的灵敏度，其中当电动机准备迈出一步时，由于拥挤而产生的熵力将两个驱动蛋白头推到一个更紧凑的配置中。我们的研究结果突出了电机之间的相互作用在货物运输中的重要性，解释了长期以来观察到的货物速度变化，并建议使用拥挤作为控制参数来研究驱动蛋白的机械化学循环。