确定二维和三维双层几何中侧向抑制引起层状图灵分岔的代数框架
生物物理
2021-05-26 v2 动力系统
分子网络
组织与器官
摘要
由邻分泌信号产生的细粒度图灵，已使用静态单层作为细胞域进行研究。遗憾的是，由于非线性动力系统的代数复杂性，解析结果仅限于少数细胞。受乳腺中观察到的 Notch 表达同心图灵的启发，我们结合图论和控制论的概念来表示细胞连接性。由此产生的理论框架使我们能够利用二维和三维多细胞双层结构的对称性，从而推导出驱动动力系统形成与细胞极性公式一致的层状图灵的解析条件。关键的是，这些条件与精确的动力学细节无关，因此该框架在理解细胞几何对侧向抑制系统图灵的影响方面具有最大的通用性。将解析条件应用于乳腺类器官表明，在使用侧向抑制机制的静态双层中维持分层细胞类型需要强烈的细胞信号极性。此外，通过采用二维和三维基于细胞的模型，我们强调从静态域推导出的细胞极性条件有能力在动态环境中生成层状图灵。然而，当遭受显著形态扰动时，它们不足以维持图灵。与施加于细胞的严格信号极性的数学含义一致，我们提出了一种粘附依赖的 Notch-Delta 生物学过程，其有可能在发育中的乳腺类器官中启动双层分层。
引用
@article{arxiv.2104.12142,
title = {Algebraic framework for determining laminar pattern bifurcations by lateral-inhibition in 2D and 3D bilayer geometries},
author = {Joshua W. Moore and Trevor C. Dale and Thomas E. Woolley},
journal= {arXiv preprint arXiv:2104.12142},
year = {2021}
}