Ultrasensitivity in signaling cascades revisited: Linking local and global ultrasensitivity estimations

Ultrasensitive response motifs, capable of converting graded stimuli into binary responses, are well-conserved in signal transduction networks. Although it has been shown that a cascade arrangement of multiple ultrasensitive modules can enhance the system's ultrasensitivity, how a given combination of layers affects a cascade's ultrasensitivity remains an open question for the general case. Here, we introduce a methodology that allows us to determine the presence of sequestration effects and to quantify the relative contribution of each module to the overall cascade's ultrasensitivity. The proposed analysis framework provides a natural link between global and local ultrasensitivity descriptors and it is particularly wellsuited to characterize and understand mathematical models used to study real biological systems. As a case study, we have considered three mathematical models introduced by O'Shaughnessy et al. to study a tunable synthetic MAPK cascade, and we show how our methodology can help modelers better understand alternative models.Fil: Altszyler Lemcovich, Edgar Jaim. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Fisiología, Biología Molecular y Neurociencias. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Fisiología, Biología Molecular y Neurociencias; ArgentinaFil: Ventura, Alejandra. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Fisiología, Biología Molecular y Neurociencias. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Fisiología, Biología Molecular y Neurociencias; ArgentinaFil: Colman Lerner, Alejandro Ariel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Fisiología, Biología Molecular y Neurociencias. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Fisiología, Biología Molecular y Neurociencias; ArgentinaFil: Chernomoretz, Ariel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Física de Buenos Aires. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Física de Buenos Aires; Argentin