空间分割提高了生化信号的可靠性

空间异质性是生命系统的标志，即使在单个细胞的分子尺度上也是如此。一个关键的例子是通过脂域形成或细胞骨架诱导的围栏效应来实现膜结合蛋白的分割。然而，这种空间异质性对生化信号过程的影响尚不清楚。在此，我们证明分割提高了生化信号的可靠性。我们精确求解了一个描述膜信号传导中普遍存在的基序的随机模型。该解揭示，分割通过两种效应提高信号可靠性：它缓和了开关响应的非线性，并通过抑制分子间的相关性降低了响应中的噪声。最佳的分割尺寸源于一种权衡：既要最小化每个分割内的蛋白质数量以提高信号可靠性，又要确保每个分割内有足够的蛋白质以维持信号传播。预测的最佳分割尺寸与实验观察到的系统在定量上一致。这些结果在具有显式扩散屏障的空间模拟中依然成立。我们的发现表明，分子分割不仅仅是细胞亚结构复杂性的后果，而且在细胞信号传导中发挥着重要的功能作用。