轴突导向的计算模型

轴突导向（AG）在胚胎发育或损伤后朝向其靶标的过程是神经元网络发育中的一个重要问题。在生长过程中，轴突常常面临复杂的决策，仅观察问题的一小部分时难以理解。在这项工作中，我们提出了一个基于活动无关机制的轴突导向计算模型，该模型考虑了轴突导向的最重要方面。模型包括主要元素（神经元，包括胞体、轴突和生长锥；作为路标起作用的胶质细胞）和机制（吸引/排斥导向线索、生长锥适应、组织梯度交叉、轴突运输、生长锥复杂性的变化以及每种受体的响应范围）。生长锥导向被定义为一个将配体对受体的激活映射为排斥力或吸引力的函数。然后使用球坐标将该力转换为转向角。考虑了受体与胞内蛋白之间的调控网络，从而产生更复杂和更现实的行为。配体通过细胞外环境的扩散用线性或指数函数建模。在实验方面，开发了第一个计算模型和一个新的果蝇轴突中线穿越的理论模型，该模型聚焦于所有决策点。所创建的计算模型能够在很大程度上描述文献中已报道的行为，针对三种不同的寻路场景：（i）正常型，（ii）comm突变型和（iii）robo突变型。此外，该模型提出了新的假说，其中最相关的是存在一个由Netrin介导或由第三种未知信号介导的DCC受体与Comm蛋白之间的抑制性联系。