干细胞谱系存活作为对生态位获取的噪声竞争
无序系统与神经网络
2020-09-11 v2 组织与器官
摘要
理解干细胞潜能多大程度上是细胞内在属性，或是来自全局组织动力学与几何的涌现行为，是系统与干细胞生物学的一个关键未决问题。在此，我们提出一种干细胞动力学理论，将其视为对空间局域化生态位的随机竞争，从而产生一个随机传送带模型。细胞分裂产生稳定的细胞流，将细胞平流远离生态位，而随机重排使远离生态位的细胞能被有利地重新定位。重要的是，即使假设组织内所有细胞在分子上等价，我们预测长期克隆存活概率对距生态位距离的共同的（“普适的”）函数依赖关系，以及一个定义良好的功能干细胞数量的出现，其仅依赖于随机运动速率与有丝分裂驱动平流之比。我们在青春期乳腺腺尖、胚胎肾尖以及稳态肠隐窝的数据集上检验了该理论的预测。重要的是，我们发现了所预测的竞争作为位置函数的函数依赖关系以及各器官中功能干细胞数量的良好吻合。这论证了位置涨落在决定干细胞数量与动力学中的关键作用，并我们讨论了该理论对其他环境的适用性。
引用
@article{arxiv.2002.04915,
title = {Stem cell lineage survival as a noisy competition for niche access},
author = {Bernat Corominas-Murtra and Colinda L. G. J. Scheele and Kasumi Kishi and Saskia I. J. Ellenbroek and Benjamin D. Simons and Jacco van Rheenen and Edouard Hannezo},
journal= {arXiv preprint arXiv:2002.04915},
year = {2020}
}
备注
21 pages 10 figures, (with appendix)