Journal de chimie physique et biophysique
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Abstrait

Les voies de développement cellulaire découlent d'un principe d'information extrême de Fisher

Robert A. Gatenby et B. Roy Frieden

Contexte : Chez un eucaryote en développement normal, l'information arrive à la membrane cellulaire sous la forme d'un ligand qui se lie à un récepteur protéique. Cela déclenche une cascade d'événements biochimiques qui provoquent la traversée ultérieure du cytoplasme cellulaire par une ou plusieurs protéines jusqu'au noyau. Cela définit un canal de communication. Quel est son résultat ? Méthode : Les traversées de protéines transfèrent au noyau un maximum d'informations de Fisher sur les coordonnées spatiales et temporelles des sites de liaison du ligand. Cette hypothèse implique un modèle cellulaire de mouvement rapide et largement dirigé des protéines, dominé par l'interaction de Coulomb avec les champs électriques intracellulaires. Elle fait les prédictions suivantes : (1) Des intensités de champ électrique intracellulaire très élevées, généralement des dizaines de millions de volts/mètre (2) Un rôle central des charges négatives ajoutées aux protéines par phosphorylation, dans la promotion de leur mouvement dominé par la force de Coulomb vers le noyau ; (3) La dominance des voies protéiques composées de 1 à 4 protéines, par exemple les voies RAF, RAS et MEK ; (4) Une réponse rapide prédite (2 800 protéines/ms) des cellules à un traumatisme soudain tel que des blessures ; (5) Une taille prédite de 4 nm (9) pour la protéine EGFR. (6) Mécanismes logiques dans le noyau pour déconvoluer de manière optimale les valeurs des sites de liaison spatiaux et temporels des protéines messagères entrantes. Résultats : Les prédictions (1-5) sont étayées par des observations en laboratoire. Conclusions : Les systèmes vivants atteignent des états ordonnés et complexes de manière stable en maintenant des niveaux extrêmes d'informations de Fisher. Les valeurs d'ordre atteintes augmentent des cancers aux procaryotes, aux eucaryotes et aux organismes multicellulaires. Chez les eucaryotes, cela favorise des taux de flux de protéines extrêmement élevés au niveau du noyau qui, à leur tour, optimisent les mécanismes logiques intranucléaires câblés pour traiter ces informations temporelles et spatiales, ainsi que d'autres.