基于首达时间的扩散影响可逆结合方法：对突触前纳米尺度信号传导的洞察
生物物理
2021-10-14 v2 统计力学
摘要
神经元间的突触传递由一系列随机反应-扩散事件级联调控，最终导致钙诱导的突触小泡释放神经递质。由于此类系统的实验测量在纳米尺度和亚毫秒尺度上极具挑战性，数值模拟仍是研究钙依赖突触囊泡融合的主要工具，尽管其存在计算耗时的局限。本文基于首达时间发展了一种解析解，以快速探索动态随机反应-扩散问题。这是首个同时考虑钙离子扩散、缓冲及其与囊泡传感器结合/解离反应相关统计特征的解析模型。特别地，解离动力学被证明在毫秒尺度上对钙传感器的占据概率有重大影响，因此不可忽略。利用蒙特卡洛模拟，我们验证了该解析解在瞬时钙内流及电压门控钙通道内流情形下的正确性。总体而言，我们提出了一种快速且严谨的解析工具，用于研究简化的反应-扩散系统，其可在正确考虑细胞内分子相互作用统计性质的同时，对分子尺度生物物理参数进行系统性探索，并可作为更通用细胞信号模拟器的构建模块。
引用
@article{arxiv.2004.04510,
title = {A first-passage approach to diffusion-influenced reversible binding: insights into nanoscale signaling at the presynapse},
author = {Maria Reva and David A. DiGregorio and Denis S. Grebenkov},
journal= {arXiv preprint arXiv:2004.04510},
year = {2021}
}