在激素诱导下,量化酵母细胞命运决策的不平衡动力学和热力学

科学领域:

• 细胞生物学 细胞生物学
• 生物物理学的生物物理.
• 化学生物学 化学生物学

背景情况:

• 细胞对酵母中的激素的反应涉及复杂的信号通路.
• 在酵母极生长过程中精确的细胞命运决策仍然不太清楚.
• 量化这些动态细胞行为及其物理基础是一个重大挑战.

研究的目的:

• 量化酵母细胞形态系统的动态.
• 揭示控制细胞命运决定的潜在物理和热力学机制.
• 为了确定酵母细胞形态学中非平衡阶段过渡的起源.

主要方法:

• 采用隐藏的马尔科夫链模型来分析酵母细胞形态的实验时间序列数据.
• 量化旋转流作为破坏吸引力状态的非平衡驱动力.
• 计算的热力学成本和流量相关的生产率.

主要成果:

• 基于量化的细胞动态,为状态吸引器开发了一个稳定性景观.
• 确定了非平衡阶段从多重转变到单一主导细胞的动态起源.
• 证明更高的化学电压差异 (由费洛蒙诱导) 会导致化学电流的增加和更详细的平衡破坏.
• 展示了与流量相关的产生作为非平衡形态相转换的热力学起源.
• 在时间序列中确认了时间不可逆转性,作为非平衡阶段转换的预测指标.

结论:

• 这项研究为了解酵母细胞在激素反应期间的命运决定提供了定量框架.
• 非平衡热力学,特别是流量相关的产生,解释了细胞形态中的相变.
• 时间不可逆转性为预测这些关键细胞转变提供了一种实用的方法.