Stathmin梯度调控微管长度的反馈机制

我们构建并分析了一个关于信号蛋白Rac1和stathmin调控微管聚合动力学的理论模型。在细胞中，微管生长速率受到胞质stathmin的抑制，而stathmin又被Rac1失活。生长的微管在细胞边缘激活Rac1，从而形成一个正反馈回路。我们研究了微管蛋白螯合和灾变促进作为stathmin抑制微管生长的两种机制。对于无Rac1存在时的均匀stathmin浓度，我们发现stathmin对微管平均长度存在一种开关式调控。对于细胞边缘持续激活的Rac1，stathmin被局部失活，从而建立了活性stathmin的空间梯度。在此梯度下，对于两种stathmin抑制微管生长的机制，我们都发现了稳态的双峰微管长度分布。双峰长度分布中的一个亚群可以被识别为细胞边缘附近区域快速生长的长先驱微管，这已在实验中被观察到。反馈回路通过微管激活Rac1而闭合。对于stathmin的微管蛋白机制，这建立了一个具有两个稳态的双稳态开关：一个稳态对应于上调的微管平均长度和双峰微管长度分布，即先驱微管；另一个稳态对应于反馈中断且微管较短的状态。随机效应以及外部扰动可以触发状态切换。对于促进灾变的stathmin，我们没有发现双稳态。