真核趋化中时空感知的重缩放

真核细胞通过形成反映细胞外化学梯度的信号分子细胞内梯度来响应趋化因子梯度——这种能力称为方向感知。定量实验揭示了该系统的两个特征性输入-输出关系：第一，在静态趋化因子梯度中，信号分子的细胞内梯度的形状由沿细胞体的趋化因子梯度的相对陡峭程度而非绝对浓度决定。第二，当输入刺激在空间均匀的时间上增加时，细胞内信号分子被瞬时激活，使得响应幅度依赖于刺激的倍变化而非绝对水平。然而，赋予系统这些响应特性的潜在机制仍不清楚。本文中，通过采用广泛使用的方向感知建模框架，即局部激发与全局抑制(LEGI)，我们提出一个假设：这两种重缩放行为源于单一设计原理，即控制方程对输入水平的尺度变换的不变性。基于LEGI模型的分析揭示该不变性可分为两部分，各自负责相应的响应特性。我们的假设导出一个实验可检验的预测：具有该不变性的系统在动态梯度刺激和静态梯度中均能检测相对陡峭度。此外，我们表明响应特性与尺度不变性之间的关系是普遍的，因为它可以通过具有不同网络拓扑的模型来实现。