nanion-离子通道建模超越了目前的水平:与振荡器相关电压门控钾通道Kv1.1基于系统理论的模型的比较

2022 - Ion Channel Modeling beyond State of the Art: A Comparison with a System Theory-Based Model of the Shaker-Related Voltage-Gated Potassium Channel Kv1.1

  Patchliner Publication in Cells (2022)

Authors:
Langthaler S., Lozanović Šajić J., Rienmüller T., Weinberg S. H., Baumgartner C.

Journal:
Cells (2022) doi:10.3390/cells11020239

文摘:

离子通道动力学的数学建模是研究从单个细胞到器官的神经、心脏或癌症的电生理机制的重要工具。通常的方法要么使用Hodgkin-Huxley (HH)描述，要么使用隐马尔可夫模型(HMM)描述，这取决于底层通道门选的功能和结构变化的详细程度，并考虑模型模拟的计算量。在这里，我们首次介绍了一种基于系统理论的新方法，该方法基于传递函数表征的概念，在没有生物系统先验知识的情况下，使用膜片钳测量来进行离子通道建模。以激振器相关电压门控钾通道Kv1.1 (KCNA1)为例，从模型精度、计算量、电生理可解释性和方法局限性等方面，将HH和HMM两种方法与基于系统论的概念进行了比较。这种高度数据驱动的建模概念为离子通道的唯象动力学建模提供了新的机会，与传统方法相比，它表现出的准确性和计算效率。该方法在进一步提高复杂细胞和器官模型模拟的质量和计算性能方面具有很大的潜力，为下一代硅电生理学领域提供了一种有价值的新工具。