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■0820  ▼a620.8
■1001  ▼aWubshet,  Nadab  Habtamu.
■24510▼aMechanophenotyping  Actin  Networks  in  Minimal  Cell  Models▼h[electronic  resource]
■260    ▼a[S.l.]▼bUniversity  of  Michigan.  ▼c2023
■260  1▼aAnn  Arbor▼bProQuest  Dissertations  &  Theses▼c2023
■300    ▼a1  online  resource(214  p.)
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  84-12,  Section:  B.
■500    ▼aAdvisor:  Liu,  Allen  P.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--University  of  Michigan,  2023.
■506    ▼aThis  item  must  not  be  sold  to  any  third  party  vendors.
■506    ▼aThis  item  must  not  be  added  to  any  third  party  search  indexes.
■520    ▼aActin,  a  highly  conserved  and  abundant  protein,  constructs  a  fibrous  matrix  via  actin  binding  proteins  (ABPs)  equipping  the  cell  to  sustain,  exert,  and  sense  forces.    Actin  assembly  plays  an  important  role  in  directed  cell  migration  during  wound  healing,  cancer  metastasis,  immune  response,  and  embryonic  development.  Although  actin  is  a  well-studied  protein,  owing  to  inherent  complexity  of  the  cell,  significant  gaps  remain  in  understanding  how  different  actin  architectures  transform,  interact,  and  behave  to  endow  the  mechanical  behaviors  of  the  cell.  In  my  thesis,  I  investigate  how  cells  mechanically  respond  to  the  absence  of  native  physical  forces,  how  ABPs  cooperate  and  compete  to  construct  actin  networks,  and  how  different  actin  architectures  dictate  cellular  mechanophenotypes.  The  bulk  of  my  thesis  work  leverages  bottom-up  construction  of  minimal  cell  models  to  decouple  actin  networks  from  the  complex  cytoplasm  milieu.      In  Chapter  3,  we  study  mechanical  response  of  human  osteoblasts  to  simulated  microgravity.  Using  a  home-built  random  positioning  machine  to  generate  simulated  microgravity,  we  find  that  actin  networks  become  highly  disorganized  leading  to  less  spread  and  more  rounded  cells.  Furthermore,  cells  subjected  to  microgravity  become  significantly  softer.  These  findings  reveal  that  microgravity  influences  osteoblast  cell  mechanics  through  actin  disassembly.      In  Chapter  4,  we  introduce  bottom-up  reconstitution  of  actin  networks  in  a  minimal  cell  to  decouple  actin  networks  from  the  rest  of  the  cytoplasm.  Here,  we  reverse  engineer  a  minimal  cell  model  using  giant  unilamellar  vesicle  (GUV)  encapsulating  actin  networks.  We  study  architectural  phenotypes  assembled  by  fascin  and  Arp2/3  complex.  While  fascin-bundled  actin  forms  membrane  protrusive  structures,  membrane-associated  Arp2/3  complex  assembles  a  uniform  cortical  dendritic  shell.  When  co-encapsulated,  we  hypothesize  that  fascin  and  Arp2/3  cooperates/competes  in  a  concentration  dependent  manner.  Under  this  condition,  we  find  that  fascin-bundled  membrane  protrusions  are  reduced  due  to  the  branching  effect  of  Arp2/3  complex  that  shortens  filaments.  Our  results  provide  support  that  ABPs  compete  to  generate  diverse  actin  structures  to  meet  the  needs  of  a  cell.    In  Chapter  5,  I  electrically  deform  different  actin  network-encapsulating  GUVs  to  study  differential  cell  mechanics.    I  discover  that  increasing  concentrations  of  filamentous  actin  dampens  GUV  deformability.  Furthermore,  GUVs  with  alpha-actinin  crosslinked  actin  networks  and  actin  cortex  both  exhibit  even  larger  dampening  of  electrodeformability.  Our  results  highlight  the  significance  of  actin  network  architecture  in  governing  cellular  mechanics.  In  Chapter  6,  I  explore  how  actin  cortex  and  bundles  rearrange  in  response  to  loading  exerted  by  micropipette  aspiration.  Interestingly,  we  find  that  protrusive  actin  bundles  that  are  otherwise  randomly  oriented  in  a  GUV  lumen  collapse  and  align  along  the  axis  of  the  micropipette.  When  uniform  cortex-GUVs  are  aspirated,  bleb-like  cortex-free  membrane  is  aspirated  in  the  micropipette.  These  results  reveal  distinct  responses  in  the  rearrangement  of  actin  networks  subjected  to  physical  forces.      In  summary,  my  dissertation  characterizes  actin  network  mechanics  in  cells  and  in  minimal  cell  models  and  addresses  how  different  ABPs  cooperate  and  compete  to  assemble  actin  networks  with  architectures  that  in  turns  influence  their  mechanical  behaviors  and  their  responses  to  load.  I  believe  that  these  findings  improve  our  understanding  of  how  precisely  actin  networks  endow  the  mechanics  of  the  cell  using  a  low  complexity  cell-like  environment.
■590    ▼aSchool  code:  0127.
■650  4▼aBiomechanics.
■650  4▼aBiophysics.
■650  4▼aMechanical  engineering.
■650  4▼aCellular  biology.
■653    ▼aActin
■653    ▼aActin  binding  proteins
■653    ▼aGiant  unilamellar  vesicles
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■71020▼aUniversity  of  Michigan▼bMechanical  Engineering.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g84-12B.
■773    ▼tDissertation  Abstract  International
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■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2023
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T16933684▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.
■980    ▼a202402▼f2024

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