分子动力学参数下脂质体穿过封闭狭窄区域的转位动力学

我们研究了分子动力学驱动的运输进入树突中细胞内夹杂物的动力学，这些夹杂物是神经元中 bulbous 的细胞内夹杂物，在传递神经元之间的信号方面发挥关键作用。我们进一步发展了针对 [Park, Singh, and Fai, SIAM J. Appl. Math. 82.3 (2022), pp. 793--820] 中 vesicle 运输模型的随机模型，通过表明二阶矩可被忽略来实现这一点。我们利用这一属性显著简化模型，并通过数值仿真确认该简化保留了原始基于 agent 的 myosin 模型中 vesicle 运输的关键行为。我们使用简化模型探索 vesicle 穿过树突的转位时间和概率，这些参数化研究此前在实际中并不实用。生命科学的相关性：我们发现，较细的树突几何可显著降低 vesicle 穿过到后突触基的概率。细胞可通过改变分子动力学参数来补偿，但只能到一定程度。这些发现与生物文献一致，其中多发性脑症风险与过量的长而细的树突相关。数学内容：我们使用矩生成函数推导，表明运动附着时间中的二阶矩可被忽略，因此一阶矩是足够的近似。仅使用平均附着时间且忽略方差，可得到可计算 vesicle 平均首次通过时间的可分析 master 方程，其结果可直接作为几何和分子动力学参数的函数。