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Many dynein teams collectively generate high forces during the transport of large organelles

Titelangaben

Wieland, Simon ; Steininger, Christina ; Gitschier, David ; Kaiser, Marius ; Groß, Wolfgang ; Chaudhary, Abdullah R. ; Ritschar, Jana ; Laforsch, Christian ; Hendricks, Adam G. ; Kress, Holger:
Many dynein teams collectively generate high forces during the transport of large organelles.
In: Biophysical Journal. (10 September 2025) .
ISSN 1542-0086
DOI: https://doi.org/10.1016/j.bpj.2025.09.012

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Angaben zu Projekten

Projekttitel:
Offizieller Projekttitel
Projekt-ID
SFB 1357: MIKROPLASTIK – Gesetzmäßigkeiten der Bildung, des Transports, des physikalisch-chemischen Verhaltens sowie der biologischen Effekte: Von Modell- zu komplexen Systemen als Grundlage neuer Lösungsansätze
391977956

Projektfinanzierung: Deutsche Forschungsgemeinschaft
Elite Network of Bavaria (Study Program Biological Physics)

Abstract

The transport of organelles is important to maintain cellular organization and function. Efficient retrograde transport of large organelles with a size of several micrometers requires high collective forces from multiple dynein motors. However, the exact transport forces and their dependence on the cargo size are unknown for large organelles. Furthermore, it is not known how many dynein motors are active during this transport and how they to generate high collective forces sufficient to overcome the cytoplasmic drag. We measured forces generated during retrograde transport of phagosomes with diameters between 1 and 5 μm. Forces increased with phagosome volume and ranged from under 10 pN for the smallest up to 160 pN for the largest phagosomes. These forces matched the cytoplasmic drag to achieve equally fast transport with a velocity of 25 ± 4 nm s-1 for phagosomes of all sizes. To confirm the need for many dynein motors to generate such high forces, we labeled and quantified dynein on isolated phagosomes. We found up to 250 dyneins on the largest phagosomes and a dynein surface density which was independent of the phagosome size. We connected the dynein numbers and transport forces with a theoretical model of the microtubule distribution around the organelles. The model implies that because larger organelles displace and bend the microtubules, disproportionately large numbers of dyneins can be active and contribute to the high transport forces of large phagosomes. Our results indicate that during the transport of large organelles, many dyneins interact with multiple microtubules in a cargo size-dependent manner to achieve sufficiently large transport forces.

Weitere Angaben

Publikationsform: Artikel in einer Zeitschrift
Begutachteter Beitrag: Ja
Keywords: molecular motors; dynein; magnetic tweezers; intracellular transport; polystyrene microparticles
Institutionen der Universität: Fakultäten > Fakultät für Mathematik, Physik und Informatik > Physikalisches Institut > Professur Experimentalphysik VI - Biologische Physik
Fakultäten > Fakultät für Mathematik, Physik und Informatik > Physikalisches Institut > Professur Experimentalphysik VI - Biologische Physik > Professur Experimentalphysik VI - Biologische Physik - Univ.-Prof. Dr. Holger Kress
Fakultäten > Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften
Fakultäten > Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften > Fachgruppe Biologie
Fakultäten > Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften > Fachgruppe Biologie > Lehrstuhl Tierökologie I
Fakultäten > Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften > Fachgruppe Biologie > Lehrstuhl Tierökologie I > Lehrstuhl Tierökologie I - Univ.-Prof. Dr. Christian Laforsch
Forschungseinrichtungen > Zentrale wissenschaftliche Einrichtungen > Bayreuther Zentrum für Ökologie und Umweltforschung - BayCEER
Forschungseinrichtungen > Sonderforschungsbereiche, Forschergruppen > SFB 1357 - MIKROPLASTIK
Graduierteneinrichtungen > University of Bayreuth Graduate School
Graduierteneinrichtungen > Elitenetzwerk Bayern
Graduierteneinrichtungen > Elitenetzwerk Bayern > Biological Physics
Titel an der UBT entstanden: Ja
Themengebiete aus DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 500 Naturwissenschaften
500 Naturwissenschaften und Mathematik > 530 Physik
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500 Naturwissenschaften und Mathematik > 550 Geowissenschaften, Geologie
500 Naturwissenschaften und Mathematik > 570 Biowissenschaften; Biologie
Eingestellt am: 30 Sep 2025 11:22
Letzte Änderung: 30 Sep 2025 11:22
URI: https://eref.uni-bayreuth.de/id/eprint/94730