活细胞中受体运动因随机扩散率导致的弱遍历性破缺

分子输运在生命系统中调节着许多 underlying 生物功能的过程。尽管许多细胞组分表现出反常扩散，但直到最近，亚扩散运动才与非遍历行为联系起来。这些发现激发了关于其在统计力学和细胞生物学中影响的新问题。非遍历性是生命系统共享的普遍策略吗？哪些物理机制产生了它？它对生物功能有何影响？在此，我们利用单粒子追踪技术证明，DC-SIGN（一种具有独特病原体识别能力的受体）在活细胞膜上的运动表现出非遍历亚扩散。与以往研究不同，这种行为与瞬时固定化不相容，因此无法根据连续时间随机游走理论进行解释。我们表明，受体经历了扩散率的变化，这与当前将细胞膜视为高度动态和多样化环境的观点一致。基于复杂介质中普通随机游走模型的模拟定量地重现了我们的所有观测结果，指向扩散异质性是 DC-SIGN 行为的原因。通过研究不同的受体突变体，我们进一步将受体运动与其分子结构相关联，从而建立了非遍历性与生物功能之间的强联系。这些结果强调了细胞膜中无序的作用及其与功能调节的联系。由于其普遍性，我们的方法为解释其他复杂介质（如软凝聚态物质、地质学和生态学中发现的介质）中的反常输运提供了一个框架，在这些介质中动态异质性可能起主要作用。