微观液液相分离反应网络模型揭示空间维度效应

蛋白质可通过液液相分离（LLPS）在细胞内形成脂滴。最近的实验表明，LLPS 在二维（2d）表面与三维（3d）溶液中的行为在质局上有所不同。本文采用数学建模方法来探讨 2d 与 3d LLPS 差异的原因。我们通过连续时间马尔可夫链来建模引发 LLPS 的蛋白质和脂滴数量，并利用化学反应网络理论对模型进行分析。为反映空间维度的影响，脂滴形成和解离速率基于扩散蛋白质的首次碰撞时间来确定。我们首先表明，随机模型能够再现相应的相图，并符合相关热力学约束。进一步分析后，我们发现该模型预测，空间维度会引起 LLPS 的质局性差异，这与最近的实验结果一致。虽然有人声称 2d 与 3d LLPS 的差异主要源于不同的扩散系数，但我们的分析独立于蛋白质的扩散系数，因为我们使用的是平稳模型行为。因此，我们的结果为空间维度如何影响 LLPS 提出了新的假设。