DiscussionBy modulating the length

Discussion

By modulating the length of kinesin's neck linker and performing single molecule analysis, we have obtained several results that provide new insights into the role of this mechanical element in kinesin motility. First, kinesin can tolerate dramatic alterations in the size and structure of the mechanical elements that interconnect the two motor domains and still move processively along the microtubule. However, these structural perturbations are not without consequence. Extended kinesins now reach farther with their elongated neck linkers, frequently taking larger as well as sideway steps, similar to cytoplasmic dynein (Reck-Peterson et al., 2006). The most prominent “loss of function” of the extended kinesins is their slow velocity due to impaired chemomechanical coupling, a defect that is most readily explained by the loss of intramolecular tension. This interpretation gains support from the finding that velocity of an extended kinesin can be recovered to nearly wild-type levels either by chemically crosslinking the two kinesin polypeptide chains at the end of the native neck linker or by generating tension on the trailing head with an optical trap. External load also can cause kinesin to step forward or backward in the absence of ATP or without its neck linker. These results also were unexpected, since previous studies have concluded that ATP binding is necessary for both forward as well as backward kinesin stepping (Carter and Cross, 2005 and Carter and Cross, 2006). Collectively, our work provides new insight into the structural basis of kinesin stepping, tension sensing by the kinesin motor domain, and how the two kinesin heads coordinate their activities during processive motion, as discussed below.

A Model for Communication between the Two Kinesin Heads

Models for the communication between the two kinesin heads are quite varied and a topic of considerable debate. A role of intramolecular tension between the two kinesin heads in head-head communication was first evoked by Hancock and Howard (1999) on the basis of their data showing that truncated monomeric kinesins displayed 10-fold lower microtubule-stimulated ATPase and microtubule dissociation rates than dimeric kinesin. However, this result was not confirmed in other studies (e.g., Rosenfeld et al., 2003). Recent studies have postulated that kinesin waits for a step with only one-head bound, in which case interhead strain is not present and an alternative gating mechanism must be evoked (Carter and Cross, 2005 and Alonso et al., 2007). Thus, whether intramolecular tension is important for the kinesin mechanism is controversial and not resolved by a direct experiment. The experiments described here showing the increase in velocity of extended kinesins by applying external tension or interchain crosslinking arguably provide the most direct evidence to date for a role of tension sensing in the head-head coordination during motility.

How might intramolecular tension facilitate kinesin walking? Our results suggest that tension regulates microtubule dissociation of the rear kinesin head (Figure 7). In the absence of ATP (a condition where chemical gating is not possible), kinesin will step forward or backward if pulled upon by an optical trap. Under an assisting load, the tension is experienced primarily by the trailing head, causing it to release, shift forward, and then rebind along the microtubule. These events can happen repeatedly, and the motor can walk processively along the track. A similar phenomenon has been observed for cytoplasmic dynein (Gennerich et al., 2007) and myosin V (Gebhardt et al., 2006), suggesting that force-induced detachment might be a general design plan of molecular motors.

結果 (中文) 1:

讨论

通过调节长度的驱动蛋白的颈部连接器和执行单分子分析，我们已经取得了多项成果，这个机械元件驱动蛋白蠕动的作用提供新的见解。第一，驱动蛋白可以容忍互连的两个马达域的机械元素的大小和结构，并戏剧性的改变，仍然沿微管processively移动，。然而，这些结构扰动也不是没有后果。现在扩展动蛋白达到更远的细长颈连接器，经常服用，以及更大的侧向步骤，类似的胞质动力蛋白（RECK彼得森等人，2006）。最突出的“功能”扩展驱动蛋白损失是由于受损的化学机械耦合，通过分子内张力的损失是最容易解释的一个缺陷，他们的速度慢。这种解释获得支持从发现，一个扩展的驱动蛋白的速度可以恢复到接近野生型的水平可以通过化学交联的两个驱动蛋白的多肽链机颈部连接器的上面的端部，或产生的后头部上的张力用光学陷阱。也可引起外部负载驱动蛋白向前或向后步骤ATP缺乏或没有它的脖子连接器。这些结果也出人意料，因为以往的研究得出的结论是ATP结合是必要的向前以及向后步进驱动蛋白（卡特和交叉，2005年和2006年卡特和交叉，）。统称我们的工作提供新的洞察驱动蛋白步进，紧张感测驱动蛋白马达域，以及如何在两个驱动蛋白头的processive运动过程中协调他们的活动，讨论如下的结构基础。

的模型为两个驱动蛋白头之间的沟通

模型为两个驱动蛋白元首之间的沟通相当多样，相当多的争论的一个话题。汉考克和霍华德（1999年）的基础上，他们的数据显示，截断的显示单体动蛋白低10倍微管激活的ATP酶和微管解离速率比两个驱动蛋白头，头 - 头通信之间的分子内张力的作用，诱发二聚体动蛋白。然而，这样的结果在其他研究中没有得到证实（例如，罗森菲尔德等人。2003年）。最近的研究推测，驱动蛋白等待约束，只有一个头在这种情况interhead的应变是不存在替代的门控机制必须被诱发（卡特和交叉，2005年和Alonso等人，2007年）的一个步骤。因此，无论是动蛋白机制是非常重要的分子内张力是有争议的，而不是通过直接的实验解决。这里描述的实验显示扩展动蛋白的增加速度，通过施加外部张力或分子间交联，可以说是迄今为止紧张感测头 - 头协调蠕动的作用提供最直接的证据。

怎么可能方便驱动蛋白分子内张力走？我们的研究结果表明，张力调节微管解离后动蛋白头（图7）。在ATP（化学门控条件下是不可能的）的情况下，驱动蛋白会前进或后退，如果拉经光学陷阱。辅助负载下，张力经历主要由后头部，使其释放，向前移动，，然后沿着微管重新连接。这些事件可以发生多次，电机可沿轨道步行processively，。胞质动力蛋白（gennerich等，2007年）和肌球蛋白V（GEBHARDT等，2006）已经观察到了类似的现象，暗示，诱导力支队，可能是一个普遍的分子马达设计方案。

結果 (中文) 2:

讨论

通过调节驱动蛋白的颈部链接器的长度和执行单分子分析，我们得到了一些结果，提供了新的见解，这种机械元件的驱动蛋白蠕动的作用。首先。驱动蛋白可以容忍的戏剧性变化的机械元件，连接两个电机领域仍然移动processively沿着微管的结构和尺寸。然而，这些结构扰动并不是没有后果。扩展的驱动蛋白现在达到他们的细长的颈部连接更远，经常以较大以及侧向步骤，类似的胞质动力蛋白（RECK彼得森等人。，2006）。最突出的“损失函数”的扩展驱动蛋白是他们的速度慢是由于受损的机械化学耦合，一个缺陷是最容易通过分子内张力损失解释。这种解释获得支持的发现，一个扩展的驱动蛋白速度可以恢复到接近野生型水平可以通过化学交联的两个驱动蛋白的多肽链在自体颈连接结束或产生张力对耙头的光学陷阱。外部负载也会造成驱动蛋白向前或向后在没有ATP或无颈连接。这些结果是意想不到的，因为以前的研究表明，ATP的结合是必要的正向和反向驱动步进（卡特和交叉，2005和卡特和交叉，2006）。总的来说，我们的工作提供了新的洞察驱动蛋白步进结构的基础上，由驱动蛋白马达结构域检测张力，以及如何协调它们的活动在头两个驱动蛋白的processive运动，为下面的论述。

模型之间的通信的两个驱动蛋白头

模型沟通了两个驱动蛋白的头是非常不同的，一个相当大的争论的话题。这两个驱动蛋白头之间的分子内张力头传播的汉考克和霍华德第一次诱发作用（1999）的数据显示，截短的单体蛋白显示低10倍微管刺激的ATPase和微管解离率比二聚体驱动蛋白的基础。然而，这个结果是不是在其他研究证实（例如，罗森菲尔德et al.。，2003。最近的研究表明驱动蛋白等待只有一头绑了一步，在这种情况下，interhead应变是不存在的，另一个门控机制必须诱发（卡特和交叉，2005和阿隆索等人。，2007）。因此，无论是分子内张力的驱动蛋白机制是重要的是有争议的，由一个直接的实验没有解决。这里所描述的实验显示在扩展驱动蛋白速度的增加通过施加外部张力或链间交联无疑提供了最直接的证据的张力传感头的蠕动的作用。

如何促进分子内张力驱动蛋白行走？我们的研究结果表明，张力调节微管解离后驱动蛋白头（图7）。在没有ATP（一个条件下化学门控是不可能的），驱动蛋白将步向前或向后拉时，由一个光学陷阱，如果。辅助荷载下，张力主要是由拖头的经历，导致它释放，改变了，然后重新绑定沿微管。这些事件可以发生多次，和电机可以processively沿轨道行走。类似的现象已经观察到细胞质动力蛋白（gennerich等人。，2007）和肌球蛋白V（格布哈特等人。，2006），这表明力引起的脱离可能是分子马达的总体设计方案。

結果 (中文) 3:

讨论

通过调节长度的驱动蛋白的颈部链接器并执行单分子分析，我们已获得在驱动蛋白动力中提供新的见解此机械元素的作用的几个结果。第一，驱动蛋白可以容忍的规模和结构的机械元素的互连的两个电机域和 processively 仍然沿着微管的戏剧性变化。然而，这些结构扰动并非没有后果。现在的扩展驱动蛋白到达更远与频繁地采取更大、 其瘦长的脖子连接器，以及横向的步骤，类似于细胞质 dynein (Reck 彼得森 et al，2006年)。最突出"损失"扩展的驱动蛋白是功能的由于受损的耦合，chemomechanical 一种缺陷，功能的最容易解释由分子内张力的损失他们缓慢的速度。这种解释获得支持从发现速度的扩展驱动蛋白可以恢复到接近野生型的水平，由化学交联两个驱动蛋白肽链末尾的本机颈部链接器或通过光学陷阱生成的尾随头上的紧张局势。外部负载也会导致到步向前或向后缺席三磷酸腺苷或无其颈部链接器驱动蛋白。这些结果也是意外，因为以前的研究得出的结论 ATP 绑定是必要的这两个转发以及落后的驱动蛋白步进 (卡特和十字架，2005年和卡特和十字架，2006年）。集体我们的工作提供了新洞察力驱动蛋白步进、 张力传感的驱动蛋白电机域，和两个驱动蛋白元首如何协调他们的活动期间诉求的议案，下文讨论的结构基础.

模型的两个驱动蛋白元首之间的通信

元首相当大的不同的两个驱动蛋白和相当多的辩论的主题之间的通信模式。分子内之间的紧张关系在头-头通信的两个驱动蛋白元首的作用首先是根据其数据显示显示 10 倍的截断单体驱动蛋白降低微管刺激 ATPase 和微管离解率比二聚驱动蛋白诱发汉考克和霍华德 (1999 年)。然而，这一结果未被证实在其他研究中 （例如，罗森菲尔德 et al.，2003 年).最近的研究已假定驱动蛋白等待一步与只有一个头绑定，在这种情况下 interhead 应变是不存在和必须诱发门控机制的替代 (卡特和十字架，2005年和阿隆索 et al.，2007年)。因此，分子内张力非常重要的驱动蛋白机制，是否是有争议和未解决的一个直接的实验。实验描述这里显示增加速度的扩展的驱动蛋白通过应用外部紧张或 interchain 交联可以说提供的最直接的证据，到目前为止的一个角色的张力传感头-头协调期间动力。

分子内紧张怎么可能有助于驱动蛋白走？我们的研究结果表明张力调节微管离解的后方驱动蛋白头 (图 7)。在缺乏 ATP （其中化学门控是不可能的条件），驱动蛋白将步向前或向后，如果由光学陷阱拉扯后。在协助负载下，主要由尾随的头，使其释放、 转移向前，被经历了紧张和沿微管然后重新绑定。这些事件可能发生多次，和电机 processively 可以沿着轨道。为细胞质 dynein (根内里希 et，2007年） 出现过类似的现象和肌球蛋白 V (格尔 et al，2006年），暗示诱导力脱离可能分子马达一般设计计划.