活细胞粘弹性环境中磁敏感离子通道的建模

我们提出并研究了一个假想磁敏感离子通道的模型，该通道长期被认为是解释弱磁场对从趋磁细菌到鱼类、鸟类、大鼠、蝙蝠及其他包括人类在内的哺乳动物等生物影响的潜在候选机制。模型的核心由一小串磁小体作为传感器构成，该传感器通过弹性连接子与离子通道的闸门元件耦合，在细胞膜中形成小簇。磁传感器一端固定在附着于膜的细胞骨架元件上，并暴露于粘弹性胞质中。其自由端可在粘弹性胞质中随机且亚扩散地重新取向，响应外部磁场变化并打开耦合离子通道的闸门。由于闸门具有双稳态（可处于两种状态，其概率取决于传感器取向），传感器动力学通常是双稳态的。对于实际参数，表明该模型通道能在地球磁场中工作，所需构成传感器杆的单域磁小体数量很少（5 至 7 个），每个具有趋磁细菌和其他生物中典型的尺寸，甚至仅需一个足够大的纳米颗粒，其特征尺寸亦存在于自然界中。研究表明，由于介质的粘弹性，双稳态门控动力学通常表现出幂律和拉伸指数分布的通道在开放与关闭状态中的驻留时间。这为解释其他离子通道此类反常动力学的起源提供了一个通用物理机制，这些通道的传感器在由胞质或生物膜提供的粘弹性环境中运动，且超越了我们探讨的磁敏感离子通道这一迷人假设，处于一个相当普遍的语境中。