突触膜蛋白结构域的随机格子模型
亚细胞过程
2017-05-19 v1 生物物理
生物大分子
神经元与认知
摘要
神经递质受体分子与支架蛋白及其他种类蛋白质一起聚集在突触膜结构域中，对跨化学突触的信号传递至关重要。与其他膜蛋白结构域一样，突触结构域的特征是蛋白质拷贝数低和蛋白质拥挤，且单个分子发生快速的随机更替。我们在此详细研究了一个突触结构域处受体-支架反应扩散动力学的随机格子模型，该模型先前被发现在平均场水平上能够捕捉实验中观察到的突触结构域的自组装、稳定性和特征大小。我们表明，我们的随机格子模型与拥挤膜的非线性扩散平均场模型在定量上是一致的。通过结合控制突触结构域反应动力学的主方程的解析与数值解，以及动力学 Monte Carlo 模拟，我们发现突触结构域反应动力学的平均场模型与随机模型之间存在显著差异。基于先前实验和平均场计算所提示的突触受体与支架的反应和扩散特性，我们表明突触受体与支架的随机反应扩散动力学为以下现象提供了简单的物理机制：突触结构域的集体涨落、在突触结构域处观察到的分子更替、观察到的单分子轨迹的关键特征，以及受体和支架在细胞膜上被循环利用的有效速率的空间异质性。我们的工作阐明了将膜蛋白结构域的集体特性与支配其分子组分的随机动力学联系起来的物理机制与原理。
引用
@article{arxiv.1705.06354,
title = {Stochastic lattice model of synaptic membrane protein domains},
author = {Yiwei Li and Osman Kahraman and Christoph A. Haselwandter},
journal= {arXiv preprint arXiv:1705.06354},
year = {2017}
}