免疫突触中蛋白质图样的弹性流体动力学与动力学

细胞在抗原识别过程中的适应性免疫应答的基础依赖于一种称为免疫突触（IS）的专门蛋白质界面。通过破译蛋白质形成和运动的定量规则来理解蛋白质图样的生物物理基础，是表征免疫细胞识别以及由此产生的免疫系统激活规则的重要方面。我们提出了一个描述 IS 中膜蛋白图样物理基础的最小数学模型，该模型涵盖膜力学、蛋白质结合动力学与运动，以及突触间隙中的流体流动。我们的理论对蛋白质簇形成、生长和停滞的空间和时间尺度给出了简单预测，这些预测是膜刚度、粘附蛋白的刚性和动力学，以及突触间隙中流体的函数。数值模拟通过量化细胞尺寸上蛋白质域的成核、生长和稳定来补充这些标度律。与实验的直接比较表明，突触间隙中被动的弹性流体动力学和蛋白质结合动力学可以描述蛋白质簇的短时形成和组织，而无需引发细胞骨架中的任何主动过程。尽管该过程表面复杂，我们的分析强调了仅两个无量纲参数的作用，它们表征了蛋白质图样的空间和时间演化：膜弹性与蛋白质弹性之比，以及流体流动的水动力时间尺度与蛋白质结合速率之比，并且我们提出了一个简单的相图，涵盖了可能出现的各种图样。