细胞极化准确性的信息界限

我们对细胞极化的信息度量进行了表征，适用于对化学梯度作出反应的非运动性细胞。中心思想是，极化代表了关于梯度方向信息。我们应用了一种基于高斯信道信息容量的外部噪声下最优梯度感知和响应理论。首先，我们构建了一个描述空间梯度感知和极化响应的信息框架。本节中，我们将脂溶性扩散和受体结合动力学建模为混合泊松分布，确认了十 Wolde 同事的单受体准确性限制。其次，我们对细胞表面随机脂水平进行数值计算，以估计关于梯度向量方向分量提供的信息，结果接近高斯信道界限。第三，我们利用信息框架评估了三种细胞极化通用模型的噪声鲁棒性，证明滤波器-放大器结构和时间积分可减轻噪声对极化的不利影响，使模型接近理论限制。第四，我们将理论与 published 酵母求偶投射生长实验数据进行比较，在化学介质梯度中识别出受体关联速率和积分时间作为影响方向准确性的两个关键参数。通过改变这些参数，我们发现在某些范围内该理论大致符合数据，慢受体结合速率常数是关键限制因素。我们得出结论，时间平均可帮助克服慢受体结合速率以实现更高的准确性，但会带来缓慢的求偶反应的缺点。