真核生物趋化运动中肌动蛋白驱动突起的能量基础数学模型

《Biophysical Journal》：An energy-based mathematical model of actin-driven protrusions in eukaryotic chemotaxis

　　

摘要

在真核细胞的趋化运动中，许多细胞会在其细胞膜上伸出和收回由肌动蛋白驱动的突起，这些突起有助于检测外部化学梯度，并通过细胞与基质的相互作用以及牵引力实现定向移动。尽管已有大量实验研究了不同环境条件下细胞突起及其形态的变化，但将突起活动与这些因素联系起来的机制原理仍不甚清楚。在此，我们将趋化运动中基于肌动蛋白的突起伸展过程建模为一个优化问题，即细胞需要在检测化学梯度与形成突起所需能量之间取得平衡。我们的模型基于迁移过程中能量效率最高的假设，能够定性再现多种生物系统及不同环境条件下的突起活动模式，这表明能量效率可能是驱动真核细胞形态及趋化行为的重要因素。此外，我们还利用该模型对细胞对其他尚未经过实验验证的环境扰动的反应做出了新的预测，为未来的实验研究提供了可检验的假说，这些假说可用于验证和完善此处提出的模型。