双鞭毛真核生物的鞭毛长度调控：飞行时间、共享池、列车交通与协同现象
生物物理
2021-08-31 v2 统计力学
亚细胞过程
摘要
真核细胞的鞭毛是瞬时的长圆柱形突起。形成和维持鞭毛所需的蛋白质在细胞体中合成并运输到远端尖端。特定类型细胞使用何种“标尺”或“计时器”来平衡物质的向外与向内运输，从而在稳态下维持其鞭毛的特定长度，是细胞自组织中的开放问题之一。更为奇特的是，像莱茵衣藻这样的双鞭毛生物，其两根鞭毛如何通过基部进行通信以协调各自的长度。在本文中，我们基于飞行时间（ToF）机制建立了一个鞭毛长度调控的随机模型。该ToF机制决定结构蛋白是否在内鞭毛运输（IFT）列车开始其从基部到鞭毛尖端的马达驱动旅程之前被装载到列车上。由于持续的更新，从鞭毛尖端释放的结构蛋白也由IFT列车运回细胞体。我们将IFT列车的交通表示为完全不对称简单排除过程（TASEP）。每根鞭毛的ToF机制，结合基于TASEP的IFT列车描述，以及双鞭毛生物共享鞭毛结构蛋白公共池的情形，能够解释实验已知现象的所有关键特征。这些包括纤毛发生、吸收、脱鞭毛以及在一根鞭毛被选择性截断后的再生。我们还表明，若考虑由TASEP所刻画的IFT列车互斥效应，Ishikawa和Marshall的实验观测与ToF长度调控机制一致。此外，我们对鞭毛长度涨落及公共池的作用做出了新的预测。
引用
@article{arxiv.2002.03679,
title = {Flagellar length control in biflagellate eukaryotes: time-of-flight, shared pool, train traffic and cooperative phenomena},
author = {Swayamshree Patra and Frank Jülicher and Debashish Chowdhury},
journal= {arXiv preprint arXiv:2002.03679},
year = {2021}
}
备注
Revised presentation, 36 pages, including 17 figures