真核细胞趋化性中肌动蛋白驱动突起的能量基数学模型

在真核细胞趋化性中，细胞在膜处延伸和缩回瞬时的肌动蛋白驱动突起，这有助于检测外部化学梯度并通过与细胞外基质形成黏着斑来实现定向运动。尽管大量的实验工作已经详细说明了细胞突起和形态在不同环境条件下的变化，但将突起活动与这些因素联系起来的机制原理仍然了解甚少。在这里，我们将趋化性中基于肌动蛋白的突起延伸建模为一个优化问题，其中细胞在检测化学梯度和突起形成的能量成本之间取得平衡。我们的模型基于能量最小化假设，提供了一个框架，成功再现了广泛生物系统和环境条件下观察到的突起活动模式，表明能量效率可能支撑着运动真核细胞的形态和趋化行为。此外，我们利用该模型生成了关于细胞对其他未经实验测试的环境扰动的新的预测，为未来实验工作提供了可检验的假设，可用于验证和改进本文提出的模型。