细胞内信号网络中的非联想学习

信号网络细胞内运输控制的运输坐标描述

Trafficking Coordinate Description of Intracellular Transport Control of Signaling Networks

许多细胞网络依赖于其组分的调节转运，以将细胞外信息转化为精确的细胞内信号。这些网络的动力学通常用划分的化学反应来描述。然而，在许多重要的情况下，隔室的性质以一种自然无法用化学反应描述的方式不断变化。在这里，我们开发了一种基于沿着运输坐标的运输的方法来精确描述这些过程，并将其明确应用于TGF-β信号转导网络，该网络在许多疾病和细胞过程中起着重要作用。这种新引入的方法的结果首次准确地捕获了具有和不具有癌症背景的细胞的不同TGF-β信号传导动力学，并提供了一种以密切概括观察到的细胞行为的方式预测化学扰动的影响的途径。

分子聚集使信号数字化并提高保真度

Molecular clustering digitizes signaling and increases fidelity

细胞中的许多膜结合分子形成小簇。已经假设这些簇将模拟细胞外信号转换为数字细胞内信号，并且这种转换增加了信号保真度。然而，对集群干扰信号的机制以及随后对保真度的影响仍然知之甚少。在这里，我们证明了使用一个随机模型的合作集群的形成，充分的合作，导致数字信号。我们表明，尽管减少了输出状态的数量，这降低了保真度，数字化也降低了系统中的噪声，这增加了保真度。这些影响之间的权衡导致一个最佳的集群大小，同意与实验测量。

G蛋白偶联受体介导的星形胶质细胞钙信号

G protein-coupled receptor-mediated calcium signaling in astrocytes

星形胶质细胞表达多种G蛋白偶联受体（GPCRs），它们介导细胞外信号向细胞内钙离子的传递。这种转导是由一个复杂的生化反应网络提供的，该网络动员了大量可能的钙动员第二信使分子。肌醇1，4，5-三磷酸可能是这些分子中最著名的，其产生和降解的酶仍然是钙依赖性的。我们提出了一种基于Michaelis-Menten酶动力学假设的生物物理建模方法，以有效地描述GPCR介导的星形胶质细胞钙信号。然后，我们的模型被用来研究不同的机制在发挥刺激编码的形状和频率的钙振荡星形胶质细胞。

Computation capacities of a broad class of signaling networks are higher than their communication capacities

Due to structural and functional abnormalities or genetic variations and mutations, there may be dysfunctional molecules within an intracellular signaling network that do not allow the network to correctly regulate its output molecules, such as transcription factors. This disruption in signaling interrupts normal cellular functions and may eventually develop some pathological conditions. In this paper, computation capacity of signaling networks is introduced as a fundamental limit on signaling capability and performance of such networks. The computation capacity measures the maximum number of …

拥挤在信号、遗传和代谢网络中的重要性

The importance of crowding in signaling, genetic, and metabolic networks

现在已经确定，牢房是一个高度拥挤的环境。然而，拥挤对信号通路、基因调控网络和代谢网络的动态的影响在很大程度上仍然是未知的。拥挤可以改变分子扩散和生物分子反应的平衡。在这篇综述中，我们首先讨论扩散如何影响生化网络。转录因子的扩散可以增加基因表达中的噪声，而蛋白质在细胞内区室之间或细胞之间的扩散可以减少浓度波动。在推拉网络中，扩散会阻碍信息传递，而在多位点蛋白质修饰网络中，扩散会定性地改变系统的宏观响应，例如双稳态的丧失或出现。此外，扩散可以直接改变代谢通量。我们描述了拥挤如何影响扩散，从而所有这些现象是如何受到拥挤的影响。然而，一个潜在的更重要的影响，拥挤的生化网络介导的双分子反应的平衡的转变，我们提供了支持这一想法的计算证据。最后，我们讨论了拥挤的影响可以纳入生化网络模型。

TGF-β超家族配体-受体网络中的信号处理

Signal processing in the TGF-beta superfamily ligand-receptor network

TGF-β通路在组织稳态和形态发生中起着核心作用。它将多种细胞外信号转导成细胞内转录反应，这些反应控制大量细胞过程，包括细胞生长、凋亡和分化。我们使用计算建模表明，耦合信号与受体贩运的结果在一个高度通用的信号处理单元，能够感测本身的绝对水平的配体，配体浓度的时间变化，和多种配体的比例。这种耦合控制受体模块的响应是瞬时的还是永久的，以及不同的信号通道是否彼此独立地行为。我们的计算方法统一了看似不同的实验观察，并提出了受体运输模式的特定变化，这些变化可能导致有利于肿瘤进展的表型。