양방향 세포골격 모터의 집합적 이동 모델

초록

두 종류의 입자와 두 개의 평행 레인을 포함한 확률 격자 가스 모델을 제시한다. 한 레인은 미세소관을, 다른 레인은 세포질을 모사하며, 결합 친화도가 높을 때 클러스터 형성이 지배한다. 다중 필라멘트 결합은 클러스터화를 더욱 촉진한다.

상세 분석

본 연구는 미세소관과 그 주변 용액을 각각 배제 상호작용이 있는 일방향 레인과 배제 없이 무작위 확산이 가능한 레인으로 모델링한 이중 레인 확률 격자 가스 모델을 구축한다. 입자는 전진(+)와 후진(–) 두 종류로 구분되며, 각각 미세소관에 결합(바인딩)하거나 해리(언바인딩)할 확률을 갖는다. 바인딩 친화도가 큰 경우, 입자들은 레인 1(미세소관)에서 높은 점유율을 보이며, 배제 효과 때문에 서로 뒤섞일 수 없게 된다. 이때 두 입자가 마주칠 경우 위치 교환이 일어나는데, 저자들은 이 과정을 평균장 근사와 수치 시뮬레이션을 통해 근사화하였다. 다입자 시스템에서는 두 가지 뚜렷한 거동이 관찰된다. 하나는 전체적으로 균일한 밀도 분포를 유지하며 작은 국소적 축적만 보이는 ‘균일상’, 다른 하나는 전체 입자의 상당 부분이 하나의 거대한 클러스터에 모이는 ‘클러스터상’이다. 시스템 크기가 커질수록 클러스터 형성 임계점이 낮아져, 거의 모든 밀도에서 클러스터가 발생한다는 수치적 증거가 제시된다. 또한, 여러 필라멘트를 상호 연결했을 때 클러스터 형성이 더욱 강화되어, 단일 필라멘트보다 큰 규모의 집합적 이동이 억제된다. 이러한 결과는 1차원 필라멘트 위에서 효율적인 양방향 운반이 장거리 상호작용이나 트랙 형성에 의존한다는 생물학적 함의를 제공한다.