细胞质与粘附动力学的耦合决定细胞极化和运动

对平坦粘附基底上单个表皮细胞的观察揭示了两种不同的形态和功能状态，即非迁移的对称非极化状态和迁移的非对称极化状态。这些状态的特征在于重要生化细胞成分的不同空间分布和动力学：F-肌动蛋白和肌球蛋白-II 形成细胞骨架的收缩部分，而质膜中的整合素受体将 F-肌动蛋白丝连接到基底。通过这种方式，粘着斑复合物得以组装，这决定了细胞骨架力的传导和随后的细胞运动。迄今为止，物理模型要么将此现象归结为调控控制分子的梯度，要么归结为细胞不同区域中肌动蛋白丝系统的不同力学特性。在此，我们提供了一个替代性的自组织模型，该模型包含了聚合、推动和滑动丝，以及粘附位点的形成及其力依赖动力学。所有这些现象可以组合成一个由双曲型、抛物型和椭圆型微分方程组成的非线性耦合系统。本文旨在展示，关于参与分子的小尺度力学和动力学的相对简单的关系如何能够在细胞的大尺度水平上重现极化和迁移的涌现行为。