反极性微管束上马达介导的双向运输模型

细胞器的长距离双向运输依赖于驱动蛋白 (kinesin) 和动力蛋白 (dynein) 这两种马达蛋白。利用从真菌模型系统获得的定量数据，我们此前开发了沿伸长菌丝细胞末端附近的单极性微管 (MTs)（此处称为“单极区”）进行马达双向运动的 ASEP 模型。然而，该系统最近的定量活细胞成像表明，马达及其内体货物的大范围运动主要发生在细胞中央延伸的反极性微管束上（此处称为“双极区”）。动力蛋白和 kinesin-3 马达协调其活性，以双向方式移动早期内体 (EEs)，其中动力蛋白介导沿细胞极附近单极区的逆行运动，而 kinesin-3 负责沿反极区的双向运动。在此，我们将建模方法扩展至模拟沿反极性微管束的双向运动。在我们的模型中，货物（粒子）以转向率 $\Omega$ 在每条 MT 上改变方向，且 MTs 在负端相互连接，粒子可在此处以速率 $q_1$（障碍诱导切换率）或 $q_2$（末端诱导切换率）在 MTs 之间跳跃。通过数值模拟和平均场近似，我们研究了不同总密度 $\Theta$ 下粒子沿 MTs 的分布。我们发现，即使 $\Theta$ 较低，由于粒子排队，系统在正端和负端附近的密度分布中也可能出现激波。我们还讨论了切换率 $q_{1,2}$ 如何影响束中主导主动运输的马达类型。