稀有结合事件触发细胞激活的混合马尔可夫-质量作用定律模型

分子、离子或蛋白质与特定靶点的结合是细胞激活的通用步骤。然而，这一步骤依赖于稀有事件，即位于大体积空间中的随机粒子搜索小而常隐藏的靶点，因此仍难以研究。我们在此提出一个混合离散-连续模型，其中大量粒子系综由质量作用定律描述。稀有的离散结合事件则由马尔可夫链建模，描述少数布朗粒子遭遇有限数量小靶点的过程，其到达时间服从泊松分布。该模型被应用于预测神经元突触处囊泡释放的时间分布，这一分布至今仍难以捉摸。此释放由少数钙离子的结合触发，这些钙离子可来自突触体空间或通过钙通道的瞬时内流。我们报告称，尽管由单个快速动作电位触发，释放时间分布却是双峰的：第一个峰紧随刺激之后，第二个峰则对应于位于体空间中的离子在更长的时间尺度上随机到达小结合靶点。总之，当前的多尺度随机化学反应建模允许通过在不同时间尺度上整合离散分子事件来研究细胞事件。