Excitable dynamics in a molecularly-explicit model of cell motility: Mixed-mode oscillations and beyond
Notice bibliographique
Résumé
Abstract Mesenchymal cell motility is mainly regulated by two members of the Rho-family of GTPases, called Rac and Rho. The mutual inhibition exerted by these two proteins on each other’s activation and the promotion of Rac activation by an adaptor protein called paxillin have been implicated in driving cellular polarization comprised of front (high active Rac) and back (high active Rho) during cell migration. Mathematical modeling of this regulatory network has previously shown that bistability is responsible for generating a spatiotemporal pattern underscoring cellular polarity called wave-pinning when diffusion is included. We previously developed a 6D reaction-diffusion model of this network to decipher the role of Rac, Rho and paxillin (along with other auxiliary proteins) in generating wave-pinning. In this study, we simplify this model through a series of steps into an excitable 3D ODE model comprised of one fast variable (the scaled concentration of active Rac), one slow variable (the maximum paxillin phosphorylation rate – turned into a variable) and a very slow variable (a recovery rate – also turned into a variable). We then explore, through slow-fast analysis, how excitability is manifested by showing that the model can exhibit relaxation oscillations (ROs) as well as mixed-mode oscillations (MMOs) whose underlying dynamics are consistent with a delayed Hopf bifurcation. By reintroducing diffusion and the scaled concentration of inactive Rac into the model, we obtain a 4D PDE model that generates several unique spatiotemporal patterns that are relevant to cell motility. These patterns are then characterized and their impact on cell motility are explored by employing the cellular potts model (CPM). Our results reveal that wave pinning produces purely very directed motion in CPM, while MMOs allow for meandering and non-motile behaviours to occur. This highlights the role of MMOs as a potential mechanism for mesenchymal cell motility.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,002 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».