Kalziumpulse mit kumulativen Refrakt?rvariablen - Fluktuationstatistik und Implikationen für die Signalübertragung mit Kalzium

Kalzium ist ein wichtiges Signalmolekül, das in allen eukariotischen Zellen genutzt wird. Kalziumsignale bestehen aus stochastischen lokalen Prozessen (puffs), deren Interaktion globale Konzentrations?nderungen (Pulse, Wellen) bewirkt. Sowohl die lokalen Ereignisse als auch die globalen Wellen k?nnen in ein und demselben Experiment beobachtet werden. Diese M?glichkeit, den ?bergang von mikroskopischen zu makroskopischen Prozessen zu beobachten, macht die raumzeitlichen Erregungsmuster der Kalziumkonzentration interessant für die Physik im Allgemeinen. Die Kalziumaktivit?t zeigt einerseits in vielen Eigenschaften gro?e Variabilit?t zwischen einzelnen Zellen, andererseits aber auch Eigenschaften, die bei allen Zellen nahezu gleich sind. Wir wollen die Beziehung zwischen mikroskopischen und makroskopischen Ph?nomenen – puffs und Wellen - und die Signalübertragung bei ausgepr?gter Zellvariabilit?t und Zuf?lligkeit verstehen. Die Kalziumwellen wurden bisher als eine Abfolge von Zeitpunkten der Pulse mit statistisch unabh?ngigen Intervallen beschrieben. Tats?chlich unterliegt jedoch die Generierung der Kalziumpulse einem langsamen Anpassungsprozess, der durch unabh?ngige Intervalle nicht wiedergegeben wird. In diesem Projekt entwickeln wir theoretische Modelle für die puff- und Wellen-Generierung, die Anpassungsprozesse über eine Refrakt?rvariable einbeziehen. Bei der Analyse der Modellgleichungen werden uns zum einen Methoden aus der theoretischen Neurowissenschaft von Nutzen sein, die für mathematisch verwandte Modelle neuronaler Aktivit?t mit ausgepr?gten Intervallkorrelationen entwickelt wurden (multidimensionale Integrate-and-fire Modelle). Zum anderen nutzen wir diskrete stochastische Modelle, die auf Wartezeitverteilungen beruhen, und entwickeln für diese Modelle neue analytische L?sungsmethoden. Neben Erkenntnissen zur Rolle der Variabilit?t in der Signalübertragung mit Kalzium erwarten wir, durch unsere theoretische Analyse auch zu verstehen, wie die Zellvariabilit?t und die invariablen Eigenschaften der Zellen zusammenh?ngen.