The cytoskeleton in eukaryotic cells plays several crucial roles. In terms of intracellular transport, motor proteins use the cytoskeletal filaments as a backbone along which they can actively transport biological cargos such as vesicles carrying biochemical reactants. Crossings between such filaments constitute a key element, as they may serve to alter the destination of such payload. Although motor proteins are known to display a rich behaviour at such crossings, the latter have so far only been modelled as simple branching points. Here we explore a model for a crossing between two microtubules which retains the individual tracks consisting of protofilaments, and we construct a schematic representation of the transport paths. We study collective transport exemplified by the Totally Asymmetric Simple Exclusion Process (TASEP), and provide a full analysis of the transport features and the associated phase diagram, by a generic mean-field approach which we confirm through particle-based stochastic simulations. In particular we show that transport through such a compound crossing cannot be approximated from a coarse-grained structure with a simple branching point. Instead, it gives rise to entirely new and counterintuitive features: the fundamental current-density relation for traffic flow is no longer a single-valued function, and it furthermore differs according to whether it is observed upstream or downstream from the crossing. We argue that these novel features may be directly relevant for interpreting experimental measurements.

真核细胞中的细胞骨架起着至关重要的作用。就细胞内运输而言，运动蛋白利用细胞骨架丝作为骨架，沿着它们可以主动运输生物货物，例如携带生化反应物的囊泡。这些细丝之间的交叉构成关键要素，因为它们可能会用来更改此类有效载荷的目的地。尽管已知运动蛋白在这种杂交中表现出丰富的行为，但迄今为止，后者仅被建模为简单的分支点。在这里，我们探索了两个微管之间的交叉模型，该模型保留了由原丝组成的各个轨道，并构建了运输路径的示意图。我们研究以完全不对称简单排除过程（TASEP）为例的集体运输，并通过通用的平均场方法提供了对输运特征和相关相图的完整分析，我们通过基于粒子的随机模拟确定了这种方法。特别是，我们表明，通过这种复合物的穿越无法从具有简单分支点的粗粒度结构中近似得出。取而代之的是，它产生了全新的和违反直觉的特征：交通流的基本电流密度关系不再是单值函数，而且根据在交叉路口上游还是下游观察到，它也有所不同。我们认为这些新颖的特征可能与解释实验测量值直接相关。通过一般的平均场方法，我们通过基于粒子的随机模拟来确认。特别是，我们表明，通过这种复合物的穿越无法从具有简单分支点的粗粒度结构中近似得出。取而代之的是，它产生了全新的和违反直觉的特征：交通流的基本电流密度关系不再是单值函数，而且根据在交叉路口上游还是下游观察到，它也有所不同。我们认为这些新颖的特征可能与解释实验测量值直接相关。通过一般的平均场方法，我们通过基于粒子的随机模拟来确认。特别是，我们表明，通过这种复合物的穿越无法从具有简单分支点的粗粒度结构中近似得出。取而代之的是，它产生了全新的和违反直觉的特征：交通流的基本电流密度关系不再是单值函数，而且根据在交叉路口上游还是下游观察到，它也有所不同。我们认为这些新颖的特征可能与解释实验测量值直接相关。它产生了全新的和违反直觉的特征：交通流的基本电流密度关系不再是单值函数，而且根据在交叉口上游还是下游观察到，它也有所不同。我们认为这些新颖的特征可能与解释实验测量值直接相关。它产生了全新的和违反直觉的特征：交通流的基本电流密度关系不再是单值函数，而且根据在交叉口上游还是下游观察到，它也有所不同。我们认为这些新颖的特征可能与解释实验测量值直接相关。