<?xml version="1.0" encoding="UTF-8" standalone="no"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD Journal Publishing DTD v2.3 20070202//EN" "journalpublishing.dtd">
<article xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" article-type="research-article">
<front>
<journal-meta>
<journal-id journal-id-type="publisher-id">Front. Phys.</journal-id>
<journal-title>Frontiers in Physics</journal-title>
<abbrev-journal-title abbrev-type="pubmed">Front. Phys.</abbrev-journal-title>
<issn pub-type="epub">2296-424X</issn>
<publisher>
<publisher-name>Frontiers Media S.A.</publisher-name>
</publisher>
</journal-meta>
<article-meta>
<article-id pub-id-type="doi">10.3389/fphy.2017.00025</article-id>
<article-categories>
<subj-group subj-group-type="heading">
<subject>Physics</subject>
<subj-group>
<subject>Original Research</subject>
</subj-group>
</subj-group>
</article-categories>
<title-group>
<article-title>Stochastic Model of Acidification, Activation of Hemagglutinin and Escape of Influenza Viruses from an Endosome</article-title>
</title-group>
<contrib-group>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Lagache</surname> <given-names>Thibault</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1"><sup>1</sup></xref>
<xref ref-type="author-notes" rid="fn003"><sup>&#x02020;</sup></xref>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Sieben</surname> <given-names>Christian</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff2"><sup>2</sup></xref>
<xref ref-type="author-notes" rid="fn004"><sup>&#x02020;</sup></xref>
<uri xlink:href="http://loop.frontiersin.org/people/246708/overview"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Meyer</surname> <given-names>Tim</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff3"><sup>3</sup></xref>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Herrmann</surname> <given-names>Andreas</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff2"><sup>2</sup></xref>
<uri xlink:href="http://loop.frontiersin.org/people/446954/overview"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author" corresp="yes">
<name><surname>Holcman</surname> <given-names>David</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1"><sup>1</sup></xref>
<xref ref-type="aff" rid="aff4"><sup>4</sup></xref>
<xref ref-type="author-notes" rid="fn001"><sup>&#x0002A;</sup></xref>
<uri xlink:href="http://loop.frontiersin.org/people/55554/overview"/>
</contrib>
</contrib-group>
<aff id="aff1"><sup>1</sup><institution>Applied Mathematics and Computational Biology, Ecole Normale Sup&#x000E9;rieure</institution> <country>Paris, France</country></aff>
<aff id="aff2"><sup>2</sup><institution>Department of Biology, Molecular Biophysics, IRI Life Sciences, Humboldt-Universit&#x000E4;t zu Berlin</institution> <country>Berlin, Germany</country></aff>
<aff id="aff3"><sup>3</sup><institution>Institute of Chemistry and Biochemistry, Free University Berlin</institution> <country>Berlin, Germany</country></aff>
<aff id="aff4"><sup>4</sup><institution>Newton Institute and Department of Applied Mathematics and Thearetical Physics (DAMTP)</institution> <country>Cambridge, United Kingdom</country></aff>
<author-notes>
<fn fn-type="edited-by"><p>Edited by: Mario Nicodemi, Universita&#x00027; di Napoli &#x0201C;Federico II&#x0201D;, Italy</p></fn>
<fn fn-type="edited-by"><p>Reviewed by: Luis Diambra, National University of La Plata, Argentina; Haiguang Liu, Beijing Computational Science Research Center, China</p></fn>
<fn fn-type="corresp" id="fn001"><p>&#x0002A;Correspondence: David Holcman <email>david.holcman&#x00040;ens.fr</email></p></fn>
<fn fn-type="other" id="fn002"><p>This article was submitted to Biophysics, a section of the journal Frontiers in Physics</p></fn>
<fn fn-type="present-address" id="fn003"><p>&#x02020;Present Address: Thibault Lagache, Department of Biological Sciences, Columbia University, New York, NY, United States</p></fn>
<fn fn-type="present-address" id="fn004"><p>Christian Sieben, School of Basic Sciences, &#x000C9;cole Polytechnique F&#x000E9;d&#x000E9;rale de Lausanne, Lausanne, Switzerland</p></fn>
</author-notes>
<pub-date pub-type="epub">
<day>23</day>
<month>06</month>
<year>2017</year>
</pub-date>
<pub-date pub-type="collection">
<year>2017</year>
</pub-date>
<volume>5</volume>
<elocation-id>25</elocation-id>
<history>
<date date-type="received">
<day>30</day>
<month>03</month>
<year>2017</year>
</date>
<date date-type="accepted">
<day>06</day>
<month>06</month>
<year>2017</year>
</date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>Copyright &#x000A9; 2017 Lagache, Sieben, Meyer, Herrmann and Holcman.</copyright-statement>
<copyright-year>2017</copyright-year>
<copyright-holder>Lagache, Sieben, Meyer, Herrmann and Holcman</copyright-holder>
<license xlink:href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/"><p>This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (CC BY). The use, distribution or reproduction in other forums is permitted, provided the original author(s) or licensor are credited and that the original publication in this journal is cited, in accordance with accepted academic practice. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these terms.</p></license>
</permissions>
<abstract><p>Influenza viruses enter the cell inside an endosome. During the endosomal journey, acidification triggers a conformational change of the virus spike protein hemagglutinin (HA) that results in escape of the viral genome from the endosome into the cytoplasm. It is still unclear how the interplay between acidification and HA conformation changes affects the kinetics of the viral endosomal escape. We develop here a stochastic model to estimate the change of conformation of HAs inside the endosome nanodomain. Using a Markov process, we model the arrival of protons to HA binding sites and compute the kinetics of their accumulation. We compute the Mean First Passage Time (MFPT) of the number of HA bound sites to a threshold, which is used to estimate the HA activation rate for a given pH (i.e. proton concentration). The present analysis reveals that HA proton binding sites possess a high chemical barrier, ensuring a stability of the spike protein at sub-acidic pH. We predict that activating more than 3 adjacent HAs is necessary to trigger endosomal fusion and this configuration prevents premature release of viruses from early endosomes.</p></abstract>
<kwd-group>
<kwd>modeling</kwd>
<kwd>first passage time</kwd>
<kwd>asymptotic analysis</kwd>
<kwd>conformational change</kwd>
<kwd>endosomal acidification</kwd>
<kwd>influenza virus</kwd>
<kwd>trafficking</kwd>
<kwd>Kramers-Moyal approximation</kwd>
</kwd-group>
<contract-sponsor id="cn001">Deutsche Forschungsgemeinschaft<named-content content-type="fundref-id">10.13039/501100001659</named-content></contract-sponsor>
<counts>
<fig-count count="4"/>
<table-count count="2"/>
<equation-count count="69"/>
<ref-count count="43"/>
<page-count count="15"/>
<word-count count="9141"/>
</counts>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec sec-type="intro" id="s1">
<title>1. Introduction</title>
<p>For most viruses, the initial step of infection starts when the viral particles bind to specific receptors and enter the cell through the membrane, inside an endosomal compartment (Figure <xref ref-type="fig" rid="F1">1</xref>). Viral particles are then transported inside the endosome, from the cell periphery towards the nucleus. Several modeling approaches, including kinetics rate equations [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>], stochastic modeling [<xref ref-type="bibr" rid="B2">2</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B3">3</xref>] and mechanics of molecular binding [<xref ref-type="bibr" rid="B4">4</xref>] have been developed to describe how membrane receptors are activated and engaged into endosomal pathways. However, little attention has been devoted to study viral trafficking inside an endosome, which is a critical and limiting step in replication and more generally to gene delivery [<xref ref-type="bibr" rid="B5">5</xref>&#x02013;<xref ref-type="bibr" rid="B8">8</xref>].</p>
<fig id="F1" position="float">
<label>Figure 1</label>
<caption><p>Structure and endosomal trafficking of the Influenza virus. <bold>(A)</bold> Influenza is an enveloped virus. Main spike proteins anchored in the envelope are the neuraminidase (NA) and the Hemagglutinin (HA). Protons can access the core of the virus through M2 channels. Main matrix protein is M1 protein. Viral genome of the virus is composed by eight viral ribonucleoproteins (vRNPs). <bold>(B)</bold> Influenza virus enters the cell via receptor-mediated endocytosis and progress rapidly toward an early endosome. Then, maturation is associated with an acidification of the endosome lumen and a retrograde transport of the endosome along the microtubules toward the nucleus, the destination of vRNPS for virus replication. The final destination of many endosomes is the degradative lysosomes. Thus, the timing of Influenza virus escape has to be tightly regulated to avoid degradation in lysosomes while delivering the genetic material close to the nucleus.</p></caption>
<graphic xlink:href="fphy-05-00025-g0001.tif"/>
</fig>
<p>Cytoskeleton retrograde flow plays a key role for the Influenza virus transport inside the endosome toward the cell nucleus and to ensure a safe delivery of its genome near the nucleus, before replication [<xref ref-type="bibr" rid="B9">9</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B10">10</xref>]. During this transport, the endosome can fuse with lysosomes, leading in that case to viral degradation. Thus, escaping the endosome at the right time must be tightly regulated to ensure that genes are released as close as possible from the nucleus, while avoiding degradation. Our goal here is to develop a first-principles model and the associated stochastic analysis to study this optimal escape time, and how it is controlled by acidification and conformational changes of viral proteins. The stochastic model developed in Lagache et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B11">11</xref>] is inappropriate to compute the viral escape time based on the activation of a single molecule, and we develop here a different approach based on the mass-action equation for acidification.</p>
<p>The genome of Influenza virus is encoded by viral ribonucleoproteins (vRNPs) enveloped in a membrane. These vRNPs must translocate into the nucleus [<xref ref-type="bibr" rid="B12">12</xref>] (Figure <xref ref-type="fig" rid="F1">1</xref>) for reproduction. Endosomal escape is ensured by fusion between the endosomal and Influenza virus membrane. This fusion is mediated by a low pH conformational change of the viral glycoprotein hemagglutinin (HA) (Figure <xref ref-type="fig" rid="F1">1A</xref>). We account here for the detailed properties of the glycoprotein HA, composed of two linked subunits HA1 and HA2, the latter anchoring HA to the viral envelope. At neutral pH, HA is not active (in a non-fusogenic state), but as the pH decreases due to acidification (proton entry into the endosome), a partial dissociation of the HA1 subunit results in a spring-loaded conformational change of HA2 into an active (fusogenic) state [<xref ref-type="bibr" rid="B13">13</xref>]. Consequently, the residence time of the Influenza virus genome within an endosome before fusion depends on the kinetics of endosome acidification. Yet, the absence of direct <italic>in vivo</italic> measurements of these parameters makes the endosomal step of virus infection difficult to analyze both theoretically and experimentally. To estimate the timing of the pH-driven fusion of Influenza viruses, the model we develop here accounts for the main kinetic parameters of the fusion process: endosomal acidification, binding of protons to HAs and independent activation of multiple HA neighbors, leading to membrane fusion and release of the genome into the cytoplasm.</p>
<p>The manuscript is organized as follow: Section 2.1 presents the kinetic model for endosomal acidification, calibrated to experimental data (Figures in the SI). The model depends on the buffering capacity of the endosome, membrane leakage and proton pumping rate that controls proton fluxes inside the endosome. In Section 2.2, we model the discrete and cumulative binding of protons to HAs using a Markov jump process [<xref ref-type="bibr" rid="B14">14</xref>]. We find an analytical expression for the kinetics of HA conformational change at a fixed proton concentration, by analyzing the mean first passage time (MFPT) equation for the number of bound protons to a given threshold. In our previous work [<xref ref-type="bibr" rid="B11">11</xref>], we developed a jump model for the conformational change of active proteins for the escape of non-enveloped Adeno-Associated Viruses (AAV) from a vesicle. Contrary to the assumptions of [<xref ref-type="bibr" rid="B11">11</xref>], the binding rates of protons to HAs are non-linear [<xref ref-type="bibr" rid="B15">15</xref>] and thus we obtain here a different analytical expressions for the MFPT of bound protons to the critical threshold. Finally, in Section 2.3, we combine the kinetic models of acidification and HA conformational change and estimate the rate of HAs&#x00027; activation inside the endosome. While the conformational change of a single protein for AAV is sufficient to lyse the endosome and release genes in cytoplasm, the Influenza virus is covered by 400 HAs and several adjacent HAs seems required for fusion.</p>
<p>We predict here the mean number of fusogenic HAs in the endosome and use Monte-Carlo simulations to compute the time needed for neighboring HAs to change conformation in the contact zone between the viral and endosomal membrane: we find that at least three adjacent activated HAs are necessary to trigger membrane fusion [<xref ref-type="bibr" rid="B16">16</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B17">17</xref>], a cooperativity process that should prevent premature fusion. Some predictions are tested experimentally using co-labeling viruses and endosomal markers, confirming that intracellular fusion of viruses mainly occur in maturing endosomes (ME).</p>
</sec>
<sec sec-type="results" id="s2">
<title>2. Results</title>
<sec>
<title>2.1. Kinetic model of endosomal acidification</title>
<p>The present model of endosomal acidification is based on computing the free number of protons <italic>P</italic><sub><italic>e</italic></sub>(<italic>t</italic>) at time <italic>t</italic> in the endosomal compartment. The protons enter with an entry rate &#x003BB;(<italic>t</italic>)<italic>S</italic> through the V-ATPase proton pumps (<italic>S</italic> is the endosomal surface area and the rate &#x003BB;(<italic>t</italic>) is associated with the proton pumps activity) and can escape with a leakage rate <italic>L</italic><sub><italic>ext</italic></sub>(<italic>t</italic>), but can also bind to endosomal buffers.</p>
<p>The proton pump rate &#x003BB;(<italic>t</italic>) is mainly determined by the membrane potential &#x003A8;(<italic>t</italic>) (Figure 11 in Grabe et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B18">18</xref>]), which depends on the endosomal concentrations of several cations (<italic>H</italic><sup>&#x0002B;</sup>, <italic>K</italic><sup>&#x0002B;</sup>, <italic>Na</italic><sup>&#x0002B;</sup> &#x02026;) and (<italic>Cl</italic><sup>&#x02212;</sup> &#x02026;). The ionic concentrations inside endosome are tightly regulated by channels, exchangers and leak and in particular, by raising the interior-positive membrane potential, Na-K ATPase exchangers have been proposed to limit the acidification of early compared to late endosomes [<xref ref-type="bibr" rid="B19">19</xref>].</p>
<sec>
<title>2.1.1. Mass action law for free protons</title>
<p>To derive the time-dependent equations for the free protons, we use the balance of fluxes: the fast equilibrium between fluxes determines the number of protons &#x00394;<italic>P</italic><sub><italic>e</italic></sub>(<italic>t</italic>) entering the endosome during the time step &#x00394;<italic>t</italic></p>
<disp-formula id="E1"><label>(1)</label><mml:math id="M1"><mml:mrow><mml:mi>&#x00394;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>&#x00394;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>Entering protons are rapidly bound to endosomal buffers that we model using an ensemble of acid-base reactions [<xref ref-type="bibr" rid="B20">20</xref>]:</p>
<disp-formula id="E2"><label>(2)</label><mml:math id="M2"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:munder><mml:mo>&#x021CC;</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:munder></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mover><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:mtext>-</mml:mtext><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:munder><mml:mo>&#x021CC;</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:munder></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mover><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:mtext>-</mml:mtext><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:munder><mml:mo>&#x021CC;</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:munder></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mover><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:mtext>-</mml:mtext><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>where <italic>k</italic><sub><italic>i</italic></sub> (resp. <inline-formula><mml:math id="M3"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>) are binding (resp. unbinding) rate constants of protons to weak bases <italic>B</italic><sub><italic>i</italic></sub>, for 1 &#x02264; <italic>i</italic> &#x02264; <italic>n</italic>. The binding rates of entering protons to the endosomal basis can be reduced to a single constant that we call the effective buffering capacity <inline-formula><mml:math id="M4"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> of the endosome. The kinetics equation for the number of free protons <italic>P</italic><sub><italic>e</italic></sub>(<italic>t</italic>) inside an endosome is (Section 4)</p>
<disp-formula id="E3"><label>(3)</label><mml:math id="M5"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>log</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>10</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>When the proton leakage is counterbalanced by the pump activity, after a time long enough, the pH reaches an asymptotic value <italic>pH</italic><sub>&#x0221E;</sub>, where the endosome cannot be further acidified. This value is given by</p>
<disp-formula id="E4"><label>(4)</label><mml:math id="M6"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>pH</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>Consequently, the rate &#x003BB; depends on <italic>pH</italic><sub>&#x0221E;</sub> with</p>
<disp-formula id="E5"><label>(5)</label><mml:math id="M7"><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>pH</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>and Equation (3) can be rewritten as</p>
<disp-formula id="E6"><label>(6)</label><mml:math id="M8"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>pH</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>log</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>10</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>To conclude, we derived here a first order kinetic model (Equation 32) for the endosome acidification, based on the rapid equilibration of protons with buffer (see Equation 36). However, Equation (6) alone is not sufficient to account for endosomal maturation, because the final <italic>pH</italic><sub>&#x0221E;</sub> [<xref ref-type="bibr" rid="B12">12</xref>] and the permeability <italic>L</italic> decreases with the endosomal maturation [<xref ref-type="bibr" rid="B19">19</xref>] as they depend on time, as we analyse below.</p>
</sec>
<sec>
<title>2.1.2. Modeling pH change and acidification of an endosome</title>
<p>Acidification in live cell imaging and the transition from an early endosome (EE) to a late endosome (LE) is monitored by a gradual exchange of Rab5/Rab7 proteins [<xref ref-type="bibr" rid="B21">21</xref>]. We approximate here the kinetics of the ratio Rab5/Rab7 (Figure 4C in Rink et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B21">21</xref>]) by a sigmoidal function</p>
<disp-formula id="E7"><label>(7)</label><mml:math id="M9"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mtext>Rab7(t)</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>Rab5(t)</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mtext>Rab7(t)</mml:mtext></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>with the two free parameters: the half-maturation <italic>t</italic><sub>1/2</sub> and Rab conversion &#x003C4;<sub><italic>c</italic></sub> times. The steady-state pH<sub>&#x0221E;</sub>(<italic>t</italic>) relative to the amount of Rab7 is given by</p>
<disp-formula id="E8"><label>(8)</label><mml:math id="M10"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>pH</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext>pH</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>early</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext>pH</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>late</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext>pH</mml:mtext></mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>early</mml:mtext></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mtext>Rab7(t)</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>Rab5(t)</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mtext>Rab7(t)</mml:mtext></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>Thus we propose that the permeability rate follows the Equation</p>
<disp-formula id="E9"><label>(9)</label><mml:math id="M11"><mml:mrow><mml:mtext>L</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mi>L</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>early</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi>L</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>late</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>L</mml:mi><mml:mrow><mml:mtext>early</mml:mtext></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mtext>Rab7(t)</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext>Rab5(t)</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mtext>Rab7(t)</mml:mtext></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
</sec>
<sec>
<title>2.1.3. Acidification model calibrated from live cell imaging kinetics</title>
<p>We now explain the calibration of the acidification model to experimental data: First, we fitted Equation (7) to the experimental data (Figure 4C of Rink et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B21">21</xref>]) where the lag time between initiation and termination of the Rab5/Rab7 permutation is estimated to 10 min., leading to a time constant for &#x003C4;<sub><italic>c</italic></sub> &#x0003D; 100<italic>s</italic>.</p>
<p>We use data from endosomal acidification in MDCK cells where the pH inside endosomes decreases very quickly within the first 10&#x02013;15 min (Figure <xref ref-type="fig" rid="F2">2</xref>) to reach a steady-state pH around 5.5 after 20 min, in agreement with [<xref ref-type="bibr" rid="B22">22</xref>]. The steady-state pH is <inline-formula><mml:math id="M12"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext>pH</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm">early</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M13"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mtext>pH</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm">late</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn></mml:math></inline-formula> for early and late endosomes respectively [<xref ref-type="bibr" rid="B23">23</xref>]. Thus, we calibrated the permeability constant <italic>L</italic> and Rab conversion kinetics by solving numerically Equation 6 and fitting the experimental acidification curve (Figure <xref ref-type="fig" rid="F2">2</xref>). We found that the permeabilities of early and late endosomes are <inline-formula><mml:math id="M14"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm">early</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>51</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm">cm s</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M15"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm">late</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm">cm s</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, respectively, and the half-maturation time is <italic>t</italic><sub>1/2</sub> &#x0003D; 10 min.</p>
<fig id="F2" position="float">
<label>Figure 2</label>
<caption><p>Endosomal acidification. The kinetics of acidification obtained with intracellular fluorescence microscopy (red line. Mean &#x000B1; SEM) is compared with coarse-grained modeling (Equation 6, black line. Model parameters are summarized in Table <xref ref-type="table" rid="T1">1</xref>).</p></caption>
<graphic xlink:href="fphy-05-00025-g0002.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec>
<title>2.1.4. Proton influx inside the viral core and buffering</title>
<p>The last step of the kinetic model includes the buffering of protons to viral core components, defining the buffer capacity. Indeed, protein buffering capacity, influx of protons through M2-channels inside the viral core (Figure <xref ref-type="fig" rid="F1">1A</xref>) and the presence of viruses inside endosomes influences the overall buffering capacity of the endosome and acidification. To compute the influx through each viral M2 channel, we use a first order kinetics [<xref ref-type="bibr" rid="B24">24</xref>], summarized in the chemical equation</p>
<disp-formula id="E10"><label>(10)</label><mml:math id="M16"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mover><mml:mrow><mml:munder><mml:mo>&#x021CC;</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:munder></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mover><mml:mi>M</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mtext>-</mml:mtext><mml:mi>P</mml:mi><mml:mover><mml:mrow><mml:munder><mml:mo>&#x021CC;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>v</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:munder></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mover><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>v</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi><mml:mn>2.</mml:mn></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>When a proton <italic>P</italic><sub><italic>e</italic></sub> binds a free <italic>M</italic>2 protein channel with rates <italic>k</italic><sub><italic>e</italic></sub>(binding) and <inline-formula><mml:math id="M17"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> (unbinding), it is transported inside the virus core with a rate <inline-formula><mml:math id="M18"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, while exit occurs with a rate <italic>k</italic><sub><italic>v</italic></sub>. At steady state, the inward flux in a single virus is computed from Equation (10) (see [<xref ref-type="bibr" rid="B24">24</xref>])</p>
<disp-formula id="E11"><label>(11)</label><mml:math id="M19"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>j</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>v</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>v</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>v</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>where <italic>n</italic><sub><italic>M</italic>2</sub> is the number of M2 channels per viral particle, <italic>P</italic><sub><italic>v</italic></sub> is the number of free protons inside the viral core and</p>
<disp-formula id="E12"><label>(12)</label><mml:math id="M20"><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>v</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>v</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>v</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>To extract the buffer capacity of a virus, we accounted for the viral genome, the internal viral proteins and unspecific buffers that can be reached through the M2 channels [<xref ref-type="bibr" rid="B24">24</xref>]. The most abundant internal proteins are M1 (3, 000 copies per virus) and the nucleoproteins (NP, 330 copies per virus) [<xref ref-type="bibr" rid="B25">25</xref>] (Figure <xref ref-type="fig" rid="F1">1A</xref>). Proton binding sites of viral proteins are the ionogenic groups in their amino acid side chains [<xref ref-type="bibr" rid="B26">26</xref>], and the main ionogenic buffers in the endosome pH range are the aspartic acid (Asp, pKa &#x0003D; 3.9), the glutamic acid (Glu, pKa &#x0003D; 4.32) and the histidine (His, pKa &#x0003D; 6.04) [<xref ref-type="bibr" rid="B26">26</xref>]. Closely related binding sites can have strong influences on each other due to electrostatic interactions. In addition, the three-dimensional protein folding can hinder the accessibility of some residues to the solvent and protons.</p>
<p>Consequently, calculations based on the three-dimensional structure of the protein are necessary to determine the buffering capacity to pH. Using the spatial organization (crystal structure) of viral proteins, the overall buffering capacity &#x003B2;<sub><italic>i</italic></sub> of the viral core is given by</p>
<disp-formula id="E13"><label>(13)</label><mml:math id="M40"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mi>v</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>where <inline-formula><mml:math id="M41"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> is the buffering capacity of the lumen inside the virus, and <inline-formula><mml:math id="M42"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M43"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M44"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> are the buffering capacity of M1 and NP proteins, and viral RNA (see Section 4).</p>
<p>Similar to the flux Equation (6), the number of free protons <italic>P</italic><sub><italic>v</italic></sub>(<italic>t</italic>) contained in viral core at time <italic>t</italic> determines the influx of protons through M2 channels (Equation 11) and satisfies equation</p>
<disp-formula id="E14"><label>(14)</label><mml:math id="M45"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>v</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>log</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>10</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>v</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mi>v</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mtext>&#x0200B;</mml:mtext><mml:msubsup><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mtext>&#x0200B;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mtext>&#x0200B;</mml:mtext><mml:msubsup><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mtext>&#x0200B;</mml:mtext><mml:msubsup><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>v</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>j</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>v</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>By solving numerically Equation (14) with the initial conditions <inline-formula><mml:math id="M46"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>7</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M47"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>7</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, we estimate that &#x0003D; 60, 000 protons enter the viral core during endosomal maturation. Using Equation (6) for the endosomal acidification kinetic, we find that more than 20, 000, 000 protons bind to the endosomal buffers during acidification of an endosome with a radius <italic>r</italic><sub><italic>e</italic></sub> &#x0003D; 500 nm (Table <xref ref-type="table" rid="T1">1</xref>). Thus, the buffering capacity of a single virus should not influence the endosomal acidification. However, the number of protons that bind to endosomal buffers drastically decreases to 175, 000 buffered protons when the endosomal radius is reduced <italic>r</italic><sub><italic>e</italic></sub> &#x0003D; 100 nm. In addition viral particles may accumulate during the endosomal journey [<xref ref-type="bibr" rid="B27">27</xref>]. Thus, for multiplicity of infection (MOI) and viral accumulation in endosomes, the viral buffering capacity may significantly affect the acidification kinetics of small and intermediate size endosomes.</p>
<table-wrap position="float" id="T1">
<label>Table 1</label>
<caption><p>Parameters of the endosome acidification model.</p></caption>
<table frame="hsides" rules="groups">
<thead><tr>
<th valign="top" align="left"><bold>Parameters</bold></th>
<th valign="top" align="left"><bold>Description</bold></th>
<th valign="top" align="left"><bold>Value</bold></th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td valign="top" align="left"><italic>r</italic><sub><italic>e</italic></sub></td>
<td valign="top" align="left">Radius of the endosome</td>
<td valign="top" align="left"><italic>r</italic><sub><italic>e</italic></sub> &#x0003D; 500 nm [<xref ref-type="bibr" rid="B21">21</xref>]</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left"><italic>V</italic><sub><italic>e</italic></sub></td>
<td valign="top" align="left">Volume of the endosome</td>
<td valign="top" align="left"><inline-formula><mml:math id="M21"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>221</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>16</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm">L</mml:mtext></mml:mstyle></mml:math></inline-formula></td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left"><italic>r</italic><sub><italic>v</italic></sub></td>
<td valign="top" align="left">Radius of the Influenza virus</td>
<td valign="top" align="left"><italic>r</italic><sub><italic>v</italic></sub> &#x0003D; 60 nm [<xref ref-type="bibr" rid="B42">42</xref>]</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left"><italic>V</italic><sub><italic>v</italic></sub></td>
<td valign="top" align="left">Volume of the viral internal lumen</td>
<td valign="top" align="left"><inline-formula><mml:math id="M22"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>91</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>19</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm">L</mml:mtext></mml:mstyle></mml:math></inline-formula></td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left"><italic>N</italic><sub><italic>A</italic></sub></td>
<td valign="top" align="left">Avogadro constant</td>
<td valign="top" align="left"><inline-formula><mml:math id="M23"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>02</mml:mn><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mn>1</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>23</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm">mol</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula></td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left"><inline-formula><mml:math id="M24"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula></td>
<td valign="top" align="left">Buffering capacity of the endosomal lumen</td>
<td valign="top" align="left"><inline-formula><mml:math id="M25"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>40</mml:mn><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm">mM/pH</mml:mtext></mml:mstyle></mml:math></inline-formula> [<xref ref-type="bibr" rid="B40">40</xref>]</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left"><inline-formula><mml:math id="M26"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula></td>
<td valign="top" align="left">Buffering capacity of the viral lumen</td>
<td valign="top" align="left"><inline-formula><mml:math id="M27"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>40</mml:mn><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm">mM/pH</mml:mtext></mml:mstyle></mml:math></inline-formula> (this study)</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left"><inline-formula><mml:math id="M28"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula></td>
<td valign="top" align="left">Buffering capacity of viral M1s</td>
<td valign="top" align="left"><inline-formula><mml:math id="M29"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>500</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm">mM/pH</mml:mtext></mml:mstyle></mml:math></inline-formula> (this study)</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left"><inline-formula><mml:math id="M30"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula></td>
<td valign="top" align="left">Buffering capacity of viral NPs</td>
<td valign="top" align="left"><inline-formula><mml:math id="M31"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>000</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm">mM/pH</mml:mtext></mml:mstyle></mml:math></inline-formula> (this study)</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left"><inline-formula><mml:math id="M32"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula></td>
<td valign="top" align="left">Buffering capacity of viral RNA</td>
<td valign="top" align="left"><inline-formula><mml:math id="M33"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>200</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm">mM/pH</mml:mtext></mml:mstyle></mml:math></inline-formula> (Figure 3D in Stoyanov and Righetti [<xref ref-type="bibr" rid="B26">26</xref>])</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left"><italic>L</italic><sup>early</sup></td>
<td valign="top" align="left">Permeability constant of early endosomes</td>
<td valign="top" align="left"><inline-formula><mml:math id="M34"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm">early</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>51</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm">cm s</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> (this study)</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left"><italic>L</italic><sup>late</sup></td>
<td valign="top" align="left">Permeability constant of late endosomes</td>
<td valign="top" align="left"><inline-formula><mml:math id="M35"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm">late</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>51</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm">cm s</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> (this study)</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left"><inline-formula><mml:math id="M36"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm">pH</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm">early</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula></td>
<td valign="top" align="left">Steady state pH of early endosomes</td>
<td valign="top" align="left"><inline-formula><mml:math id="M37"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm">pH</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm">early</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> [<xref ref-type="bibr" rid="B23">23</xref>]</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left"><inline-formula><mml:math id="M38"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm">pH</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm">late</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula></td>
<td valign="top" align="left">Steady state pH of late endosomes</td>
<td valign="top" align="left"><inline-formula><mml:math id="M39"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm">pH</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm">late</mml:mtext></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn></mml:math></inline-formula> [<xref ref-type="bibr" rid="B23">23</xref>]</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left"><italic>t</italic><sub>1/2</sub></td>
<td valign="top" align="left">Half maturation time of endosomes</td>
<td valign="top" align="left"><italic>t</italic><sub>1/2</sub> &#x0003D; 10min. (this study)</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">&#x003C4;<sub><italic>c</italic></sub></td>
<td valign="top" align="left">Rab5/Rab7 mean conversion time</td>
<td valign="top" align="left">&#x003C4;<sub><italic>c</italic></sub> &#x0003D; 100s (Figure 4C in Rink et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B21">21</xref>])</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
</sec>
</sec>
<sec>
<title>2.2. Markov jump model of HA conformational change</title>
<p>Although the number of protons entering in the endosome is quite huge, as discussed in the previous section, the actual number of free protons defining endosomal pH is surprisingly low (&#x0007E;300 at pH 6 in an endosome with a radius of <italic>r</italic><sub><italic>e</italic></sub> &#x0003D; 500 nm). In addition, there are few proton binding sites on a single HA that trigger a conformational change [<xref ref-type="bibr" rid="B15">15</xref>], which is the event of interest. This change of scale between many entering protons and few free protons and HA binding sites requires a different description than the previous continuous model.</p>
<p>To compute the mean time for HA conformation to change as the pH drops, we first extracted the forward and backward proton binding rates by converting the HA conformational change kinetics, obtained from experimental data at various pH [<xref ref-type="bibr" rid="B28">28</xref>] into rate constants.</p>
<p>At temperature <italic>T</italic> &#x0003D; 300<italic>K</italic>, when the pH decreases from 7 to 4, the number of protons bound to HA1 increases approximatively from 123 to 132 (Figure 3 in Huang et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B15">15</xref>]), suggesting that the number of available number of binding site is <italic>n</italic><sub><italic>s</italic></sub> &#x0003D; 9 at acidic pH. The Influenza virus carries <italic>n</italic><sub><italic>HA</italic></sub> &#x0003D; 400 HA trimers [<xref ref-type="bibr" rid="B17">17</xref>] (Figure <xref ref-type="fig" rid="F3">3A</xref>) and thus there are exactly <italic>n</italic><sub><italic>HA</italic></sub><italic>n</italic><sub><italic>s</italic></sub> sites that can competitively bind protons. In this section, we compute the mean time that a threshold <italic>n</italic><sub><italic>T</italic></sub> of bound protons to HA1 is reached, which is a model of fusogenic state, where proteins engage into the generation of a fusion pore with the endosomal membrane.</p>
<fig id="F3" position="float">
<label>Figure 3</label>
<caption><p>Free protons in the endosome triggers HA conformational change. <bold>(A)</bold> The right-hand side shows a scheme of an isolated HA trimer. Free protons in the endosome can bind to HA trimers. The protons binding rates <italic>r</italic>(<italic>X, c</italic>) and <italic>l</italic>(<italic>X</italic>) depend on the number of occupied sites <italic>X</italic> and on the concentration <italic>c</italic> of free protons in the endosome. When the number of bound protons reaches a given threshold, the HA trimer changes conformation into a fusogenic state. <bold>(B)</bold> MFPT of a discrete Markov jump process with transition rates <italic>r</italic>(<italic>X, c</italic>) and <italic>l</italic>(<italic>X</italic>) to a critical threshold <italic>n</italic><sub><italic>T</italic></sub> &#x0003D; 6 is estimated with Monte-Carlo simulations (<italic>N</italic> &#x0003D; 1000) (solid red line), and compared with WKB approximation (solid black line) and experimental data points [<xref ref-type="bibr" rid="B28">28</xref>].</p></caption>
<graphic xlink:href="fphy-05-00025-g0003.tif"/>
</fig>
<sec>
<title>2.2.1. Modeling HA conformational change</title>
<p>To analyse the conformational change of a single HA trimer, we follow the occupied proton sites <italic>X</italic>(<italic>t, c</italic>) at time <italic>t</italic>, for a fix proton concentration <italic>c</italic>. During time <italic>t</italic> and <italic>t</italic> &#x0002B; &#x00394;<italic>t</italic>, the number of specific bound sites can either increase with a probability <italic>r</italic>(<italic>X, c</italic>)&#x00394;<italic>t</italic>, when a proton arrives to a free site or decreases with probability <italic>l</italic>(<italic>X, c</italic>)&#x00394;<italic>t</italic> when a proton unbinds or remains unchanged with probability 1 &#x02212; <italic>l</italic>(<italic>X, c</italic>)&#x00394;<italic>t</italic> &#x02212; <italic>r</italic>(<italic>X, c</italic>)&#x00394;<italic>t</italic> (Figure <xref ref-type="fig" rid="F3">3A</xref>).</p>
<p>We estimate hereafter the rates <italic>l</italic>(<italic>X, c</italic>) and <italic>r</italic>(<italic>X, c</italic>) and the critical threshold <italic>n</italic><sub><italic>T</italic></sub>, by approximating the number of bound protons <inline-formula><mml:math id="M48"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> with the proton concentration <italic>c</italic> variable, by a linear function (Figure 3 in Huang et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B15">15</xref>])</p>
<disp-formula id="E15"><label>(15)</label><mml:math id="M49"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>&#x002DC;</mml:mo></mml:mover><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>&#x002DC;</mml:mo></mml:mover><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>7</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:msup><mml:mi>L</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>&#x002DC;</mml:mo></mml:mover><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>7</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:msup><mml:mi>L</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>7</mml:mn><mml:mn>3</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>log</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>log</mml:mi><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where <inline-formula><mml:math id="M50"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>7</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the mean number of bound protons at pH &#x0003D; 7 and</p>
<disp-formula id="E16"><label>(16)</label><mml:math id="M51"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>7</mml:mn><mml:mn>3</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>log</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>log</mml:mi><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>is the mean number of HA1 sites that are additionally protonated for a proton concentration <italic>c</italic> &#x0003E; 10<sup>&#x02212;7</sup>mol. L<sup>&#x02212;1</sup>. Recently, we also used a similar jump model [<xref ref-type="bibr" rid="B11">11</xref>] to study the conformational change of active proteins for the escape of non-enveloped viruses, based on the assumption that proton binding and unbinding rates were linear functions of the proton concentration. Here however, the mean number of bound sites depends linearly on the endosomal pH (log of the proton concentration) (Equation 16), confirming the non-linear binding and unbinding rates of protons to HA.</p>
<p>To account for the non-linearity of the mean number of bound protons (Equation 16), we derived the expressions of the binding <italic>r</italic> and unbinding <italic>l</italic> rates of protons to HA binding sites. First, we assume that the binding rate <italic>r</italic>(<italic>X, c</italic>) depends on both the proton concentration <italic>c</italic> and the number of free binding sites <italic>X</italic>, whereas the unbinding rate <italic>l</italic>(<italic>X</italic>) depends only on <italic>X</italic>. Indeed, an increased concentration of protons inside the endosome favors the encounter and binding between protons and HA sites, but do not influence the unbinding rate of bound protons. Moreover, we assume that the binding rate <italic>r</italic>(<italic>X, c</italic>) depends linearly on the proton concentration <italic>c</italic> and the number of free sites <italic>n</italic><sub><italic>s</italic></sub> &#x02212; <italic>X</italic> of the HA trimer leading to</p>
<disp-formula id="E17"><label>(17)</label><mml:math id="M52"><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>where <italic>K</italic> is the forward binding rate of a proton to a binding site.</p>
<p>To determine the non-linear proton unbinding rate <italic>l</italic>(<italic>X, c</italic>), we use the mean number of protons bound to HA at different pHs (Equation 16). Using at equilibrium the concentration <inline-formula><mml:math id="M53"><mml:mi>c</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>7</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> for which <italic>X</italic><sub>0</sub>(<italic>c</italic>(<italic>X</italic>)) &#x0003D; <italic>X</italic>, the mass-action law leads to <inline-formula><mml:math id="M54"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula> or equivalently <inline-formula><mml:math id="M55"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math></inline-formula>, and we get</p>
<disp-formula id="E18"><label>(18)</label><mml:math id="M56"><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>7</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>In summary, the binding and unbinding rates <italic>r</italic> and <italic>l</italic> are given by</p>
<disp-formula id="E19"><label>(19)</label><mml:math id="M57"><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;and&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>7</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
</sec>
<sec>
<title>2.2.2. Rate of HA conformational change</title>
<p>To compute the mean time that exactly <italic>n</italic><sub><italic>T</italic></sub> protons are bound to a single HA, we use a Markov jump process for the number of protonated sites <italic>X</italic>(<italic>t, c</italic>) among the <italic>n</italic><sub><italic>s</italic></sub> &#x0003D; 9 HA1 proton binding sites available. Following a similar approach as used in Lagache et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B11">11</xref>] for non-enveloped viruses, we scale the variable</p>
<disp-formula id="E20"><label>(20)</label><mml:math id="M58"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>where &#x003F5; &#x0003D; 1/<italic>n</italic><sub><italic>s</italic></sub> and we use the Wentzel-Kramers-Brillouin (WKB) expansion of the mean first passage time (MFPT) &#x003C4;(<italic>c</italic>) of the scaled number of protonated sites <italic>x</italic>(<italic>t, c</italic>) to the (unknown) critical threshold 0 &#x0003C; <italic>x</italic><sub><italic>T</italic></sub> &#x0003D; &#x003F5;<italic>n</italic><sub><italic>T</italic></sub> &#x0003C; &#x003F5;<italic>n</italic><sub><italic>s</italic></sub> [<xref ref-type="bibr" rid="B11">11</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B14">14</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B29">29</xref>&#x02013;<xref ref-type="bibr" rid="B31">31</xref> ]</p>
<disp-formula id="E21"><label>(21)</label><mml:math id="M59"><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02248;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mfrac><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>where <italic>x</italic><sub>0</sub>(<italic>c</italic>) is the mean number of HA1 sites that are additionally protonated for a concentration <italic>c</italic> &#x0003E; 10<sup>&#x02212;7</sup>mol.L<sup>&#x02212;1</sup> (Equation 16). The function &#x003D5;(<italic>x, c</italic>) is given by</p>
<disp-formula id="E22"><label>(22)</label><mml:math id="M60"><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>exp</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>log</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>Replacing the transition rates <italic>r</italic>(<italic>x, c</italic>) and <italic>l</italic>(<italic>x</italic>) by their expressions (19) in Equation (22), we obtain that (see Section 4)</p>
<disp-formula id="E23"><label>(23)</label><mml:math id="M61"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mi>exp</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>7</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mtext>&#x0200B;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mtext>&#x0200B;</mml:mtext><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>log</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>log</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>10</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mi>log</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>10</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mtext>&#x0200B;</mml:mtext><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>log</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>log</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>10</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>7</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>7</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where <inline-formula><mml:math id="M62"><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo class="qopname">log</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo class="qopname">log</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>7</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:math></inline-formula>.</p>
<p>To conclude, the expression for the MFPT (23) differs from the one computed in Lagache et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B11">11</xref>] (Equation 5) derived for a linear unbinding rate <italic>l</italic>(<italic>x, c</italic>) &#x0003D; <italic>k</italic><sub>&#x02212;1</sub><italic>xn</italic><sub><italic>s</italic></sub>. Equation (23) links the affinities between the ligand (concentration <italic>c</italic>) and the binding sites of a trimer to the conformational change mean time &#x003C4;(<italic>c</italic>) of the trimer. The two unknown parameters of the conformational MFPT (Equation 23) are the binding rate <italic>K</italic> of protons to HA sites and the number <italic>n</italic><sub><italic>T</italic></sub> of sites that have to be protonated (among the <italic>n</italic><sub><italic>s</italic></sub> &#x0003D; 9 total sites) to trigger the HA change of conformation.</p>
<p>The reciprocal of the mean time <inline-formula><mml:math id="M63"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula> has been measured for various pH values [<xref ref-type="bibr" rid="B28">28</xref>]: (&#x003C4;(<italic>pH</italic> &#x0003D; 4.9))<sup>&#x02212;1</sup> &#x0003D; 5.78<italic>s</italic><sup>&#x02212;1</sup>, (&#x003C4;(<italic>pH</italic> &#x0003D; 5.1))<sup>&#x02212;1</sup> &#x0003D; 0.12<italic>s</italic><sup>&#x02212;1</sup>,&#x02026;, (&#x003C4;(<italic>pH</italic> &#x0003D; 5.6))<sup>&#x02212;1</sup> &#x0003D; 0.017<italic>s</italic><sup>&#x02212;1</sup>. To estimate the unknown <italic>K</italic> and <italic>n</italic><sub><italic>T</italic></sub>, we thus use formula (23) to fit these data by a least square optimization procedure, and obtain that</p>
<disp-formula id="E24"><label>(24)</label><mml:math id="M64"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x02248;</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>and the forward rate</p>
<disp-formula id="E25"><label>(25)</label><mml:math id="M65"><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo>&#x02248;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>7.510</mml:mn></mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:msup><mml:mi>L</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:msup><mml:mi>l</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mi>s</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>These two estimations are the predictions of the present model.</p>
<p>We reported here a good agreement between the WKB approximation (Equation 23) with the Monte-Carlo simulations of the Markov jump process, with the transition rates <italic>r</italic>(<italic>X, c</italic>) and <italic>l</italic>(<italic>X</italic>) given by Equation (19), and the experimental values of [<xref ref-type="bibr" rid="B28">28</xref>] (Figure <xref ref-type="fig" rid="F3">3B</xref>, model parameters are summarized in Table <xref ref-type="table" rid="T2">2</xref>). The WKB solution is very close to the Markov jump simulations, especially for pH values &#x02265; 5.8, where the fusion takes place (Section 2.3 below). For lower values of the pH, the MFPT to threshold that triggers the conformational change of HA decreases drastically and a small discrepancy between discrete Monte-Carlo simulations and continuum WKB approximation can be seen. For these lower pH values, we observe that the WKB and the Monte-Carlo simulations agrees with the conformational change rates of HA, measured experimentally [<xref ref-type="bibr" rid="B28">28</xref>]. We highlight that the fitting of only two parameters <italic>K</italic> and <italic>n</italic><sub><italic>T</italic></sub> of the Markov model lead to a very good fit to all experimental data points, which indicates that the Markov jump approach with the WKB approximation is suitable to model the HA conformational changes.</p>
<table-wrap position="float" id="T2">
<label>Table 2</label>
<caption><p>Parameters of the HA&#x00027;s change of conformation model.</p></caption>
<table frame="hsides" rules="groups">
<thead><tr>
<th valign="top" align="left"><bold>Parameters</bold></th>
<th valign="top" align="left"><bold>Description</bold></th>
<th valign="top" align="left"><bold>Value</bold></th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td valign="top" align="left"><italic>r</italic>(<italic>x, c</italic>)</td>
<td valign="top" align="left">Proton binding rate</td>
<td valign="top" align="left"><italic>r</italic>(<italic>x, c</italic>) &#x0003D; <italic>Kcn</italic><sub><italic>s</italic></sub>(1&#x02212;<italic>x</italic>) (this study)</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left"><italic>l</italic>(<italic>x</italic>)</td>
<td valign="top" align="left">Proton unbinding rate</td>
<td valign="top" align="left"><inline-formula><mml:math id="M66"><mml:mi>l</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> [<xref ref-type="bibr" rid="B15">15</xref>]</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left"><italic>n</italic><sub><italic>T</italic></sub></td>
<td valign="top" align="left">Critical threshold for the number of HA1 proton bound sites</td>
<td valign="top" align="left"><italic>n</italic><sub><italic>T</italic></sub> &#x0003D; 6 (this study)</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left"><italic>K</italic></td>
<td valign="top" align="left">Binding rate of a proton to a free HA1 proton binding site</td>
<td valign="top" align="left"><italic>K</italic> &#x0003D; 7, 500L.mol<sup>&#x02212;1</sup>s<sup>&#x02212;1</sup> (this study)</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left"><italic>n</italic><sub><italic>s</italic></sub> &#x0003D; 1/&#x003F5;</td>
<td valign="top" align="left">Number of HA1 proton binding sites</td>
<td valign="top" align="left"><italic>n</italic><sub><italic>s</italic></sub> &#x0003D; 9 [<xref ref-type="bibr" rid="B15">15</xref>]</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left"><italic>n</italic><sub><italic>HA</italic></sub></td>
<td valign="top" align="left">Number of HAs</td>
<td valign="top" align="left"><italic>n</italic><sub><italic>HA</italic></sub> &#x0003D; 400 [<xref ref-type="bibr" rid="B17">17</xref>]</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
</sec>
<sec>
<title>2.2.3. A high potential barrier of HA binding sites ensures HA stability at neutral pH</title>
<p>We have seen in Section 2.1 that during endosomal acidification, a huge number of protons enter the endosome (more than 20<sup>&#x0002A;</sup>10<sup>6</sup> that bind mostly to endosome buffers, leaving very few free protons (around 300 at pH 6)). To test whether HAs buffer entering protons or interact with the remaining few free protons, we estimate the potential barrier generated at each HA binding site. For this purpose, we compare the reciprocal of the forward rate constant <italic>K</italic> (Equation 25), which is the mean time for a proton to bind a HA protein, with the free Brownian diffusion time scale. For a fixed proton concentration at a value <italic>c</italic>, the proton binding time is <inline-formula><mml:math id="M67"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula>, while the mean time for a proton to diffuse to the same binding site is [<xref ref-type="bibr" rid="B32">32</xref>&#x02013;<xref ref-type="bibr" rid="B35">35</xref>]</p>
<disp-formula id="E26"><label>(26)</label><mml:math id="M68"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>V</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi></mml:msub><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>The number of endosomal protons at concentration <italic>c</italic> is <italic>n</italic>(<italic>c</italic>) &#x0003D; <italic>N</italic><sub><italic>A</italic></sub><italic>cV</italic>, while &#x003B7; is the interacting radius between a proton and a binding site and <italic>D</italic><sub><italic>p</italic></sub> the diffusion constant of a free proton (<italic>D</italic><sub><italic>p</italic></sub> &#x0003D; 100&#x003BC;m<sup>2</sup> s<sup>&#x02212;1</sup> measured in the cytoplasm [<xref ref-type="bibr" rid="B36">36</xref>]). For &#x003B7; &#x0003D; 1 nm, we find a small ratio</p>
<disp-formula id="E27"><label>(27)</label><mml:math id="M69"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>K</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi></mml:msub><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>This result indicates that, on average, only 1 out of 10<sup>4</sup> encounters between a proton and a HA binding site lead to a binding event. Thus, the binding of protons to HA is strongly reaction-limited, dominated by a very high activation energy barrier at the HA binding sites. This high barrier prevents rapid proton binding and consequently, the buffering capacity of HAs can be neglected compared to the high capacity of other endosomal buffers. In addition, the activation energy barrier of HA binding sites ensures a high stability of the protein at pH above 6, as previously characterized in Table 2 of Krumbiegel et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B28">28</xref>] and confirmed in Figure <xref ref-type="supplementary-material" rid="SM1">S1</xref>.</p>
<p>To conclude, we found that the threshold for HA1 conformational change occurs when there are <italic>n</italic><sub><italic>T</italic></sub> &#x0003D; 6 bound proton in a total of <italic>n</italic><sub><italic>s</italic></sub> &#x0003D; 9 binding sites. The binding is characterized by a very high potential barrier. Thus, when protons enter an endosome, they will first be captured by endosomal buffers. The remaining free protons can bind to HA1 sites after passing across the high potential barrier to trigger HA conformational change.</p>
</sec>
</sec>
<sec>
<title>2.3. A closed model of virus-endosome fusion</title>
<p>Combining the kinetic model of endosome acidification with the Markov jump model of HA conformational change, we now derive a kinetic model of HAs conformational change inside an endosome. We account for the <italic>n</italic><sub><italic>T</italic></sub> &#x0003D; 6 protons activating a HA1 trigger leading to HA conformational change. We now estimate the numbers <italic>HA</italic><sub>0</sub>(<italic>t</italic>), <italic>HA</italic><sub>1</sub>(<italic>t</italic>)&#x02026;<italic>HA</italic><sub>6</sub>(<italic>t</italic>) of viral HAs that have 0, 1&#x02026;6 bound protons at time <italic>t</italic>, and compute the number of fusogenic (active) <italic>HA</italic><sub>6</sub>(<italic>t</italic>), responsible for membrane fusion. From relation (17), the forward rate of a proton to a free HA1 binding site is</p>
<disp-formula id="E28"><label>(28)</label><mml:math id="M70"><mml:mrow><mml:mover accent='true'><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>&#x002DC;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>and the backward rate <italic>l</italic>(<italic>X</italic>) is given by relation 19, thus the chemical Equations for protons <italic>P</italic><sub><italic>e</italic></sub> and HA proteins are summarized by</p>
<disp-formula id="E29"><label>(29)</label><mml:math id="M71"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>H</mml:mi><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:munder><mml:mo>&#x021CC;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:munder></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent='true'><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>&#x002DC;</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mi>H</mml:mi><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>H</mml:mi><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:mover><mml:mrow><mml:munder><mml:mo>&#x021CC;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:munder></mml:mrow><mml:mrow><mml:mover accent='true'><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>&#x002DC;</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mi>H</mml:mi><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x02026;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>H</mml:mi><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:mover><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mrow><mml:mover accent='true'><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>&#x002DC;</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mover><mml:mi>H</mml:mi><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where the rate constant depends on each stage as given by relation 28. The stage <italic>HA</italic><sub>6</sub> is irreversible and the kinetic rate equations are</p>
<disp-formula id="E30"><label>(30)</label><mml:math id="M72"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mover accent='true'><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>&#x002DC;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>0</mml:mn><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>H</mml:mi><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover accent='true'><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>&#x002DC;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>0</mml:mn><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mover accent='true'><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>&#x002DC;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:mi>l</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>l</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x02026;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E31"><label>(31)</label><mml:math id="M73"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>6</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mover accent='true'><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>&#x002DC;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>5</mml:mn><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mn>5</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>Once the proton entry rate (Equation 6) is known, these equations can be solved numerically.</p>
<sec>
<title>2.3.1. Modeling the onset of fusion between virus and endosome membranes</title>
<p>Membrane fusion is triggered by the conformational change of multiple adjacent trimers located in the contact zone between the viral and endosomal membranes [<xref ref-type="bibr" rid="B16">16</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B17">17</xref>]. However, the exact number of fusogenic HAs involved in formation and fusion pore enlargement is still unclear. To estimate this number, we model the contact zone between the virus and endosome membranes by 120 HAs among 400 covering the viral particle [<xref ref-type="bibr" rid="B17">17</xref>] (Figure <xref ref-type="fig" rid="F4">4A</xref>). Thus, each trimer in the contact zone possesses 6 adjacent neighbors.</p>
<fig id="F4" position="float">
<label>Figure 4</label>
<caption><p>Model and fluorescence experiments of the intracellular onset of virus-endosome fusion. <bold>(A)</bold> The fusion between virus and endosome membranes is triggered by the conformational change of <italic>Na</italic> adjacent HAs in the contact zone between virus and endosome (&#x0003D; 120 among the 400 HAs covering the virus envelope [<xref ref-type="bibr" rid="B17">17</xref>]). <bold>(B)</bold> Solving Equation (31) we estimated the time window (95% confidence interval) of intracellular fusion for 1 &#x02264; <italic>Na</italic> &#x02264; 6. <bold>(C)</bold> Using time windows of fusion onset and endosome maturation kinetics (Equation 7), we estimated the localization (EE, ME, or LE) of fusion onset as function of the number <italic>Na</italic> of adjacent fusogenic HAs needed for the fusion onset.<bold>(D)</bold> MDCK cells expressing Rab5-CFP and Rab7-GFP were incubated with R18-labeled Influenza A viruses. Fusion was observed as a strong increase of R18 signal due to de-quenching after dilution. Scale bar &#x0003D; 1 &#x003BC;m <bold>(E)</bold> <italic>In vivo</italic> localization of fusion events. Fusion events were counted and categorized regarding their localization in early endosome (EE) (Rab5), ME (Rab5 &#x0002B; Rab7) or LE (Rab7).</p></caption>
<graphic xlink:href="fphy-05-00025-g0004.tif"/>
</fig>
<p>We solved numerically Equation (31) and we chose the position of each new fusogenic HA (with <italic>n</italic><sub><italic>T</italic></sub> &#x0003D; 6 bound sites) randomly among the 400 HAs covering the virus envelope. For each simulation, we defined the onset of virus endosome fusion by the activation of <italic>Na</italic> adjacent HAs in the contact zone (Figure <xref ref-type="fig" rid="F4">4A</xref>). Using 1, 000 Monte-Carlo simulations, we estimated the mean and confidence interval at 95% of the fusion onset time for different <italic>Na</italic>. We found that for <italic>Na</italic> &#x0003D; 1 &#x02212; 2, most viruses fuse in EE, whereas for <italic>Na</italic> &#x0003D; 3&#x02212;4, they fuse in ME. Finally, for <italic>Na</italic> &#x0003D; 5 or 6, viruses mostly fuse in LE (Figures <xref ref-type="fig" rid="F4">4B,C</xref>). To conclude, viruses shall fuse in ME [<xref ref-type="bibr" rid="B16">16</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B17">17</xref>] and thus <italic>Na</italic> &#x0003D; 3 &#x02212; 4.</p>
</sec>
<sec>
<title>2.3.2. Intracellular localization of fused viral particle with live cell imaging</title>
<p>To experimentally determine the localization of virus fusion, we used the fluorescent endosomal markers Rab5 (EE) and Rab7 (LE) in combination with an intracellular fusion assay to detect virus-endosome fusion so that the localization to a specific compartment can be assigned. Single virus spots were analyzed, where fusion was indicated by a pronounced increase of spot signal (Figure <xref ref-type="supplementary-material" rid="SM1">S2</xref>). To determine the cellular localization of virus fusion, we analyse infected Rab5- and Rab7-expressing cells with R18-labeled viruses (Figure <xref ref-type="fig" rid="F4">4D</xref>). We classified single endosomes based on the presence of the two Rab proteins into three classes (Figure <xref ref-type="supplementary-material" rid="SM1">S3</xref>). Early endosomes (EE) do not show Rab7 association, such as late endosomes (LE) do not posses Rab5 signal. When endosomes possess both signals, they were counted as maturing endosomes (ME).</p>
<p>We observe a gradual increase of Rab7 along with a decrease of Rab5 (Figure <xref ref-type="fig" rid="F4">4D</xref>). After 5 min, we rarely observe fusion events in Rab5-only endosomes. The majority of fusion events (61%) are detected in maturing endosomes between 10 and 20 min post infection (Figure <xref ref-type="fig" rid="F4">4E</xref>). At later time points, the localization of fusion events shifted toward late endosomes. However, de-quenching kinetics show that fusion mostly occurs between 10 and 20 min (Figure <xref ref-type="supplementary-material" rid="SM1">S2</xref>).</p>
<p>We conclude that virual fusion was essentially associated with maturing endosomes confirming that the number of adjacent fusogenic HA required to mediate fusion are <italic>Na</italic> &#x0003D; 3 or 4.</p>
</sec>
</sec>
</sec>
<sec id="s3">
<title>3. Discussion and conclusion</title>
<p>Influenza viruses are internalized into endosomes via receptor-mediated endocytosis. During their transport along microtubules, endosomes accumulate protons, which eventually enable virus-endosome fusion mediated by the influenza HA. This fusion mediates the release of the viral genome in the cell cytoplasm. The duration of endosomal transport as well as the localization of fusion critically depend on endosomal acidification and HA conformational change at low pH. Here we presented a new model to investigate the role of key parameters that shape the endosomal residence time of influenza viruses.</p>
<p>The Markov-jump process model of HA conformational change that we have developed here shows that 6 bound protons are enough to trigger conformational change for a total of 9 binding sites. The model also reveals that the HA activation is characterized by a high potential barrier with a forward rate constant <italic>K</italic> &#x0003D; 7, 500L.mol<sup>&#x02212;1</sup>s<sup>&#x02212;1</sup>. Interestingly the unbinding rate depends on the number of binding sites, suggesting a modification that depends on history. This is in contrast with the large number of protons of the order of millions that enters and contributes to acidification. This confirms that buffers play a critical role to reduce this enormous quantity of protons into a countable number that will trigger HA activation. The multiscale process involved here is very different from the previous analysis and results [<xref ref-type="bibr" rid="B11">11</xref>] we found for the Adeno-associated virus.</p>
<p>Finally, associating the kinetic model of endosomal acidification with a Markov-jump process model of HA conformational change, we estimated how the number of fusogenic HAs evolved in time inside endosomes, and we modeled the onset of fusion with the stochastic activation of <italic>Na</italic> adjacent HAs. Using the model, we predict a high HA thermal stability at neutral pH due to a high activation barrier of proton binding sites. For <italic>Na</italic> &#x02265; 3, we show that fusion should occur in ME, preventing a premature fusion in EE. Because endosomal maturation is associated with retrograde transport of endosomes along MTs, we conclude that mature virus should accumulate near the nuclear surface. Moreover, when an endosome contains multiple copies of Influenza viruses, we found that the cumulative buffering capacity of viruses might delay the acidification kinetics and viral escape into ME and LE.</p>
</sec>
<sec sec-type="materials and methods" id="s4">
<title>4. Materials and methods</title>
<p>We describe here the experimental methods for extracting parameters used to validate the modeling approach. In the last section, we present the computation for the WKB computation for formula Equation (23).</p>
<sec>
<title>4.1. Materials, cell and virus culture</title>
<p>Madine Darby Canine Kidney (MDCK) cells were cultured in Dulbeccos Modified Eagles Medium (DMEM) without phenol red, supplemented with 1% penicillin/streptomycin and 10% fetal calf serum (FCS). The cells were passaged every 3&#x02013;4 days. One day prior to the experiment, the cells were detached from the cell culture flask using 0.5 % Trypsin/EDTA for about 10 min. The cells were diluted in DMEM and 10&#x02013;50 <sup>&#x0002A;</sup> 10<sup>5</sup> cells were seeded in 35 mm poly-L-lysine coated glass bottom petri dishes (MatTek Corp.). Influenza A (H3N2) X-31 was propagated in chicken eggs and A/Panama/2007/99 on MDCK cells. Prior to the experiment the virus was diluted to 1 mg/ml protein concentration. Octadecylrhodamine B (R18) was purchased from Molecular Probes (Life Technologies, USA). Phosphate buffered saline (PBS) was used for all dilutions during the experiments. Double labeled FITC/Rhodamine dextran was purchased from Life Technologies (USA). FITC-dextran was purchased from Sigma-Aldrich, Germany. Rab5-GFP (in pCDNA3) and Rab7-GFP (pEGFP-C1) were kindly provided by Volker Haucke (FMP, Berlin). Rab7 was then cloned into pECFP. MDCK cells were transfected using Turbofect (Fermentas, USA) according to the manufacturers manual. To disrupt microtubules, the cells were incubated with medium containing 50 &#x003BC;M nocodazole (Sigma Aldrich, Germany) for 30 min before experiments.</p>
</sec>
<sec>
<title>4.2. Immunostaining</title>
<p>MDCK were washed in PBS buffer and fixed in PBS containing 2% paraformaldehyde and 0.2 % glutaraldehyde for 20 min. The cells were permeabilized with PBS containing 0.2% Triton X-100 and 0.2 % BSA for 20 min, washed in PBS and incubated in anti-Nucleoprotein (Millipore, USA) antibody for 1 h. The cells were washed in PBS and incubated with the secondary anti-mouse Cy2 conjugate antibody for 1 h (Amersham, GE, USA). Finally, the cells were counterstained using PBS containing 0.2 &#x003BC; g/ml DAPI for 10 min.</p>
</sec>
<sec>
<title>4.3. Fluorescence microscopy</title>
<p>For fluorescence microscopy, we used an Olympus FV1000-MPE confocal microscope (Olympus, Japan) equipped with 405 nm (DAPI), 440 nm (CFP), 488 nm (GFP), 559 nm (R18) and 635 nm (A647) laser lines, an Olympus 60x/1.2 water UPlanSApo objective and 405-458/515/559/635 405/488/559/635 dichroic mirror filter sets.</p>
</sec>
<sec>
<title>4.4. Endosomal pH determination</title>
<p>One day prior to the experiment, MDCK cells were seeded into 35 mm poly-L-lysine coated glass bottom petri dishes (MatTek Corp.). For dextran labeling, the cells were washed with PBS and incubated in serum free medium for 30 min at 37&#x000B0; C, followed by 5 min with 10 mg/ml dextran at 37&#x000B0; C (pulse). After the pulse, the cells were immediately washed and image acquisition was started. For plotting the pH evolution (experiments and model), we considered a time delay of 5 min due to technical limitations and set the starting point to pH 7.2.</p>
</sec>
<sec>
<title>4.5. Determination of a pH standard curve</title>
<p>The pH standard curve for intracellular pH measurements was done as previously described by others ([<xref ref-type="bibr" rid="B23">23</xref>]). In short, MDCK cells were detached from the culture dish, washed and pelleted with 2,000 g for 5 min. The cells were divided into eight fractions, pelleted again and resuspended pH standard buffer (obtained by mixing 50 mM HEPES buffer with 50 mM MES buffer (both containing 50 mM NaCl, 30 mM ammonium acetate, 40 mM sodium azide and 10 &#x003BC;M nigerizin). The samples were left on ice for 5 min and analyzed by flow cytometry.</p>
</sec>
<sec>
<title>4.6. Calculation of the proton binding capacity of viral proteins</title>
<p>Proton binding and the total charge of the proteins was calculated as follows. First, the pKa values of all titrable residues in the proteins were determined with electrostatic energy calculations using the software Karlsberg&#x0002B; [<xref ref-type="bibr" rid="B37">37</xref>]. The calculations are based on the crystal structures with PDB IDs 1hgg, 1hgd, 2bat and 2q06. All non-protein molecules were removed from the structures and therefore not considered in the calculations. Except for hydrogen atoms, all atomic coordinates were kept as found in the crystal structure in the Karlsberg&#x0002B; calculations. If a titratable residue was missing in the structure, it was assumed that its pKa value equals the model pKa of this residue. The model pKa is the experimental pKa value of a residue in aqueous solution. The protonation state and therefore the charge of a residue at a certain pH value are determined by its pKa value. Here a residue is considered to be protonated if its pKa value is larger than the corresponding pH value. The number of bound protons at a given pH value was then obtained by counting the protonated titratable residues in a protein, the total charge by summing up all individual residue charges.</p>
</sec>
<sec>
<title>4.7. Influenza virus&#x02014;ghost membrane fusion assay</title>
<p>To check that Influenza virus are fusion competent and calibrate intracellular fusion experiment we first performed an <italic>in vitro</italic> ghost-membrane assay [<xref ref-type="bibr" rid="B28">28</xref>]. We labeled Influenza viruses with lipophilic dye R18 and measured virus-membrane fusion by monitoring the fluorescence de-quenching (FDQ) of the lipid-like fluorophore R18 upon fusion of R18-labeled viruses with membranes. To this end, 10 &#x003BC;l of labeled virus suspension (1 mg/ml) were mixed with 40 &#x003BC;l ghost suspension (&#x02248; 2<sup>&#x0002A;</sup>10<sup>5</sup> cells) and incubated for 20 min at RT. Unbound virus was removed by centrifugation (5 min, 1,200 g). The virus-ghost suspension was transferred to a glass cuvette containing pre-warmed fusion buffer (pH 7.4), and the fluorescence was detected (&#x003BB;<sub><italic>ex</italic></sub> &#x0003D; 560 nm; &#x003BB;<sub><italic>em</italic></sub> &#x0003D; 590 nm) by using a Horiba Yobin Yvon FluoroMax spectrofluorometer. Fusion was triggered by the addition of citric acid (0.2 M). The suspension was stirred continuously with a 2 by 8 mm Teflon-coated magnetic stirring bar. After 600 s the fusion was stopped by adding Triton X-100 (50 &#x003BC;l, final concentration 0.5%) to obtain maximum R18 de-quenching. The final pH in the cuvette was measured using a standard pH meter. The percentage of FDQ was calculated as:</p>
<disp-formula id="E32"><mml:math id="M74"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>Q</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x00025;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>*</mml:mo><mml:mn>100</mml:mn></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>where F(0) and F(t) are the fluorescence intensity before starting fusion and at a given time (t), respectively. We observed that fusion starts around pH 6 as predicted by our model and already shown experimentally [<xref ref-type="bibr" rid="B38">38</xref>] (Figure <xref ref-type="supplementary-material" rid="SM1">S1</xref>).</p>
</sec>
<sec>
<title>4.8. Intracellular fusion assay</title>
<p>Influenza virus was diluted to a final concentration of 1 mg/ml in PBS and incubated with 20 mM R18 for 30 min at room temperature. Unbound R18 was removed by centrifugation at 25.000 g for 5 min or gel filtration (G25 sephadex in PBS). The virus was resuspended/eluted in PBS. Immediately before the experiment, the virus was diluted to 40 &#x003BC;g/ml and viral aggregates were removed with a 0.2 &#x003BC;m sterile filter. The virus was applied to the cells and allowed to bind for 10 min at 4&#x000B0;C. The temperature was elevated to 37&#x000B0;C and the R18 fluorescence was monitored by confocal microscopy. 40 min after start of acquisition, the cells were fixed with PBS containing 2% paraformaldehyde and 0.2 % glutaraldehyde and the DNA was stained with Hoechst 33342 (Invitrogen, USA). The boundaries between cells were determined from the bright field image. Summed z-stacks were analyzed using an IDL-based particle identification software [<xref ref-type="bibr" rid="B39">39</xref>].</p>
</sec>
<sec>
<title>4.9. Derivation of the acidification kinetics Equation (3)</title>
<p>Protons that enter inside the endosome interact with endosomal buffers, and the number of free protons <italic>P</italic><sub><italic>e</italic></sub>(<italic>t</italic>) inside an endosome is given by the mass-action law</p>
<disp-formula id="E33"><label>(32)</label><mml:math id="M75"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x00394;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mtext>&#x0200A;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mtext>&#x0200A;</mml:mtext><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:mtext>-</mml:mtext><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mtext>&#x0200A;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mtext>&#x0200A;</mml:mtext><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:mtext>-</mml:mtext><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where <italic>P</italic><sub><italic>e</italic></sub>-<italic>B</italic><sub><italic>i</italic></sub>(<italic>t</italic>) and <italic>B</italic><sub><italic>i</italic></sub>(<italic>t</italic>) are the number of weak acids and bases inside the endosome at time <italic>t</italic>, <italic>N</italic><sub><italic>A</italic></sub> is the Avogadro constant and <italic>V</italic><sub><italic>e</italic></sub> is the volume of the endosome. Assuming that the membrane potential &#x003A8;(<italic>t</italic>) reaches rapidly its steady state value &#x003A8;(&#x0221E;) compared to the acidification kinetics [<xref ref-type="bibr" rid="B18">18</xref>], we approximate the pumping rate &#x003BB;(<italic>t</italic>)<italic>S</italic> with its steady state value &#x003BB;</p>
<disp-formula id="E34"><label>(33)</label><mml:math id="M76"><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>where the parameter &#x003BB; is related to the membrane potential &#x003A8;(&#x0221E;). In addition, the protons leak <italic>L</italic><sub><italic>ext</italic></sub>(<italic>t</italic>) is proportional to the endosomal concentration and the endosomal surface [<xref ref-type="bibr" rid="B20">20</xref>]</p>
<disp-formula id="E35"><label>(34)</label><mml:math id="M77"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>S</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>where <italic>L</italic> is a permeability constant. Consequently, using approximations 33 and 34 in Equation (32), we obtain the general dynamics of free protons:</p>
<disp-formula id="E36"><label>(35)</label><mml:math id="M78"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mtext>&#x0200A;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mtext>&#x0200A;</mml:mtext><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:mtext>-</mml:mtext><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>When the protons enter the endosome they can interact with buffers which is much faster than acidification. Thus, we assume that &#x00394;<italic>P</italic><sub><italic>e</italic></sub>(<italic>t</italic>) protons entering the endosome during <italic>dt</italic> bind instantaneously to bases, which leads to step decrease &#x02212;&#x00394;<italic>B</italic><sub><italic>i</italic></sub>(<italic>t</italic>) of the number of proton binding sites of each base <italic>B</italic><sub><italic>i</italic></sub>(<italic>t</italic>):</p>
<disp-formula id="E37"><label>(36)</label><mml:math id="M79"><mml:mrow><mml:mi>&#x00394;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:munderover><mml:mi>&#x00394;</mml:mi></mml:mstyle><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>To estimate the pH change &#x00394;pH(<italic>t</italic>) associated with the entry &#x00394;<italic>P</italic><sub><italic>e</italic></sub>(<italic>t</italic>) of protons and the corresponding decrease &#x02212;&#x00394;<italic>B</italic><sub><italic>i</italic></sub>(<italic>t</italic>) of each base, we use Equation (2) at equilibrium</p>
<disp-formula id="E38"><label>(37)</label><mml:math id="M80"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:mtext>-</mml:mtext><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mtext>,&#x000A0;for&#x000A0;all&#x000A0;</mml:mtext><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>Thus,</p>
<disp-formula id="E39"><label>(38)</label><mml:math id="M81"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mtext>,&#x000A0;for&#x000A0;all&#x000A0;</mml:mtext><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>where <inline-formula><mml:math id="M82"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula> and <italic>C</italic><sub><italic>i</italic></sub> &#x0003D; <italic>P</italic><sub><italic>e</italic></sub>-<italic>B</italic><sub><italic>i</italic></sub>(0) &#x0002B; <italic>B</italic><sub><italic>i</italic></sub>(0) are constant. Consequently,</p>
<disp-formula id="E40"><label>(39)</label><mml:math id="M83"><mml:mrow><mml:mtext>pH</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>log</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>10</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>log</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>where <italic>pK</italic><sub><italic>i</italic></sub> &#x0003D; &#x02212;log(<italic>K</italic><sub><italic>i</italic></sub>)/log(10). By differentiating Equation (39) with respect to each <italic>B</italic><sub><italic>i</italic></sub>(<italic>t</italic>), we obtain the infinitesimal variation &#x00394;pH(<italic>t</italic>) of the endosomal pH at time <italic>t</italic></p>
<disp-formula id="E41"><label>(40)</label><mml:math id="M84"><mml:mrow><mml:mi>&#x00394;</mml:mi><mml:mtext>pH</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>log</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>10</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>&#x00394;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>Using Equation (38), we get</p>
<disp-formula id="E42"><label>(41)</label><mml:math id="M85"><mml:mrow><mml:mi>&#x00394;</mml:mi><mml:mtext>pH</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>log</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>10</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>&#x00394;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>leading to</p>
<disp-formula id="E43"><label>(42)</label><mml:math id="M86"><mml:mrow><mml:mi>&#x00394;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>&#x00394;</mml:mi><mml:mtext>pH</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>where</p>
<disp-formula id="E44"><label>(43)</label><mml:math id="M87"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>log</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>10</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>is the buffering capacity of the weak acid-base couple (<italic>P</italic><sub><italic>e</italic></sub>-<italic>B</italic><sub><italic>i</italic></sub>, <italic>B</italic><sub><italic>i</italic></sub>). Finally, using Equations (36) and (42), the infinitesimal change &#x00394;pH(<italic>t</italic>) of the endosomal pH associated with the entry of &#x00394;<italic>P</italic><sub><italic>e</italic></sub>(<italic>t</italic>) protons is</p>
<disp-formula id="E45"><label>(44)</label><mml:math id="M88"><mml:mrow><mml:mi>&#x00394;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:munderover><mml:mi>&#x00394;</mml:mi></mml:mstyle><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:munderover><mml:mo>&#x02211;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mtext>&#x0200A;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mtext>&#x0200A;</mml:mtext><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:munderover><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>&#x00394;</mml:mi><mml:mtext>pH</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>that is</p>
<disp-formula id="E46"><label>(45)</label><mml:math id="M89"><mml:mrow><mml:mi>&#x00394;</mml:mi><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>&#x00394;</mml:mi><mml:mtext>pH</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>where <inline-formula><mml:math id="M90"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the total buffering capacity of the endosome, which is approximately constant <inline-formula><mml:math id="M91"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>40</mml:mn><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi></mml:math></inline-formula> [<xref ref-type="bibr" rid="B40">40</xref>]. Finally, using the proton extrusion and pumping rates (Equations 33 and 34), we obtain the kinetic Equation</p>
<disp-formula id="E47"><label>(46)</label><mml:math id="M92"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mtext>pH</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mfrac><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>The endosomal pH is related to the number of free protons <italic>P</italic><sub><italic>e</italic></sub>(<italic>t</italic>) by</p>
<disp-formula id="E48"><label>(47)</label><mml:math id="M93"><mml:mrow><mml:mtext>pH(t)</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>log</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>10</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>log</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:msub><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>Thus</p>
<disp-formula id="E49"><label>(48)</label><mml:math id="M94"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mtext>pH</mml:mtext><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>log</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>10</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>and replacing the pH derivative in Equation (46), we obtain that the accumulation of free protons <italic>P</italic><sub><italic>e</italic></sub>(<italic>t</italic>) inside the ensosome during acidification is given by the kinetics Equation</p>
<disp-formula id="E50"><label>(49)</label><mml:math id="M95"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>L</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mi>log</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>10</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
</sec>
<sec>
<title>4.10. Estimation of the viral buffering capacity (Equation 13)</title>
<p>First, we estimated the buffering capacity of NP proteins [<xref ref-type="bibr" rid="B41">41</xref>] by computing the pKa values of all titratable residues in the proteins with electrostatic energy calculations using the software Karlsberg&#x0002B; [<xref ref-type="bibr" rid="B37">37</xref>]. We then determined the mean number of protonated residues <inline-formula><mml:math id="M96"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> of NP proteins and we found that <inline-formula><mml:math id="M97"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> increases almost linearly with pH:</p>
<disp-formula id="E51"><label>(50)</label><mml:math id="M98"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>7</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>9</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>7</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>indicating that the buffering capacity of NPs is approximatively constant between pH 7 and 5 (Equation 42)</p>
<disp-formula id="E52"><label>(51)</label><mml:math id="M99"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>9</mml:mn><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>330</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>v</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3000</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>v</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>where <inline-formula><mml:math id="M100"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>V</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> is the volume of the viral internal lumen, for a spherical viral particle with radius <italic>r</italic><sub><italic>v</italic></sub> &#x0003D; 60 nm [<xref ref-type="bibr" rid="B42">42</xref>]. The structure of the matrix M1 protein is unknown and consequently, we use the cumulative contributions of Asp, Glu and His residues to estimate the number of M1 proton binding sites. We thus estimate the fraction <italic>P</italic><sub><italic>i</italic></sub>(<italic>pH</italic>) of occupied residues for a fixed pH using the equilibrium constant <italic>pKa</italic><sub><italic>i</italic></sub> for any residue <italic>i</italic> (Asp, Glu or His) to be</p>
<disp-formula id="E53"><label>(52)</label><mml:math id="M101"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>K</mml:mi><mml:msub><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>The mean number <inline-formula><mml:math id="M102"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> of protonated site is then given by</p>
<disp-formula id="E54"><label>(53)</label><mml:math id="M103"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>n</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>3.9</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>n</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>4.32</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mtext>&#x02009;</mml:mtext><mml:msubsup><mml:mi>n</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>6.04</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where the number of residue for each group is <inline-formula><mml:math id="M104"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>12</mml:mn></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M105"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>G</mml:mi><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>12</mml:mn></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M106"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn></mml:math></inline-formula>. Using Equation (53), we plotted <inline-formula><mml:math id="M107"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>as function of the pH and observed that <inline-formula><mml:math id="M108"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is almost a linear function</p>
<disp-formula id="E55"><label>(54)</label><mml:math id="M109"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>7</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>3.5</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>7</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>and obtain that</p>
<disp-formula id="E56"><label>(55)</label><mml:math id="M110"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>3.5</mml:mn><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>000</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>v</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>500</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>v</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>Additionally to internal M1s and NPs proteins, protons entering the viral core through M2 channels can also bind to viral nucleic acids and in particular to basic groups in the guanine, adenine and cytosine nucleotides [<xref ref-type="bibr" rid="B26">26</xref>]. In particular, the buffering capacity &#x003B2;<sup><italic>RNA</italic></sup> of oligonucleotides in solution, for a concentration <italic>c</italic><sub><italic>monomers</italic></sub> of monomers, has been estimated to be <inline-formula><mml:math id="M111"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>o</mml:mi><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> in the pH range 5&#x02013;7 (Figure 3D in Stoyanov and Righetti, [<xref ref-type="bibr" rid="B26">26</xref>]). Consequently the buffering capacity <inline-formula><mml:math id="M112"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> of the &#x0003D; 12, 000 viral nucleotides [<xref ref-type="bibr" rid="B43">43</xref>] is approximatively equal to</p>
<disp-formula id="E57"><label>(56)</label><mml:math id="M113"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mi>v</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.1</mml:mn><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>000</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>v</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>200</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>A</mml:mi></mml:msub><mml:msub><mml:mi>V</mml:mi><mml:mi>v</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>Finally, the viral core lumen should also contain other unspecific buffers such as cytoplasmic buffers enclosed during the viral assembly, leading to an unspecific buffering capacity <inline-formula><mml:math id="M114"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> inside the viral lumen that has to be added to the buffering capacities <inline-formula><mml:math id="M115"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M116"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> of internal proteins. Due to possible ionic exchange between viral and endosomal lumens, we approximate <inline-formula><mml:math id="M117"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>v</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> with the endosomal buffering capacity <inline-formula><mml:math id="M118"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula>, which is independent of the pH and has been estimated to be [<xref ref-type="bibr" rid="B40">40</xref>]</p>
<disp-formula id="E58"><label>(57)</label><mml:math id="M119"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mi>e</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>40</mml:mn><mml:mi>m</mml:mi><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mtext>pH</mml:mtext><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
</sec>
<sec>
<title>4.11. Derivation of Equation 23</title>
<p>Using the WKB approach [<xref ref-type="bibr" rid="B14">14</xref>], we obtain that the mean first passage time (MFPT) &#x003C4;(<italic>c</italic>) of the scaled number of protonated sites <italic>x</italic>(<italic>t, c</italic>) to the (unknown) critical threshold 0 &#x0003C; <italic>x</italic><sub><italic>T</italic></sub> &#x0003D; &#x003F5;<italic>n</italic><sub><italic>T</italic></sub> &#x0003C; &#x003F5;<italic>n</italic><sub><italic>s</italic></sub> is given by [<xref ref-type="bibr" rid="B11">11</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B29">29</xref>&#x02013;<xref ref-type="bibr" rid="B31">31</xref>]</p>
<disp-formula id="E59"><mml:math id="M120"><mml:mrow><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02248;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mfrac><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>where <italic>x</italic><sub>0</sub>(<italic>c</italic>) is the mean number of HA1 sites that are additionally protonated for a concentration <italic>c</italic> &#x0003E; 10<sup>&#x02212;7</sup><italic>mol</italic>.<italic>L</italic><sup>&#x02212;1</sup> (Equation 16) and &#x003D5;(<italic>x, c</italic>) is given by</p>
<disp-formula id="E60"><mml:math id="M121"><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>exp</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>log</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>We first compute</p>
<disp-formula id="E61"><mml:math id="M122"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>log</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>log</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>7</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>log</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>log</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>10</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>7</mml:mn><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>log</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>10</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>log</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>that is</p>
<disp-formula id="E62"><mml:math id="M123"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>log</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>l</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>log</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>10</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>log</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow><mml:mn>7</mml:mn></mml:msup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where</p>
<disp-formula id="E63"><mml:math id="M124"><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>3</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mi>log</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>10</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>log</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow><mml:mn>7</mml:mn></mml:msup><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>leading to</p>
<disp-formula id="E64"><mml:math id="M125"><mml:mrow><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>exp</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>7</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mfrac><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>7</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>that is,</p>
<disp-formula id="E65"><mml:math id="M126"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003D5;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>exp</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>7</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mi>c</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msqrt><mml:mi>c</mml:mi></mml:msqrt><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>7</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Using expressions for the binding and unbinding rates 19, we get</p>
<disp-formula id="E66"><mml:math id="M127"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>7</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>log</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>10</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mfrac><mml:msup><mml:mn>10</mml:mn><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>7</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>which reduces to</p>
<disp-formula id="E67"><mml:math id="M128"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mi>d</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mi>l</mml:mi><mml:mi>r</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>log</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>10</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>Finally, re-injecting expression of potential &#x003D5;(<italic>x</italic><sub><italic>T</italic></sub>, <italic>c</italic>) in the MFPT &#x003C4;(<italic>c</italic>), we obtain that</p>
<disp-formula id="E68"><mml:math id="M129"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>K</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>4</mml:mn><mml:mn>3</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>log</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>log</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>10</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi><mml:mn>3</mml:mn><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>log</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>10</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mi>exp</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>&#x003F5;</mml:mi></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>7</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>log</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>log</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>10</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>7</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mi>c</mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msqrt><mml:mi>c</mml:mi></mml:msqrt><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>7</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Using &#x003F5; &#x0003D; 1/<italic>n</italic><sub><italic>s</italic></sub> and <italic>x</italic><sub><italic>T</italic></sub> &#x0003D; <italic>n</italic><sub><italic>T</italic></sub>/<italic>n</italic><sub><italic>s</italic></sub>, we get</p>
<disp-formula id="E69"><mml:math id="M130"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn><mml:mi>&#x003C0;</mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mi>exp</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>F</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>7</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>log</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>log</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>10</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>K</mml:mi><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mi>log</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>10</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msqrt><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mtext>&#x0200B;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mtext>&#x0200B;</mml:mtext><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>log</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>log</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>10</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>7</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>10</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi></mml:msub><mml:mo>/</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mtext>&#x0200B;</mml:mtext><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mtext>&#x0200B;</mml:mtext><mml:mn>7</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
</sec>
</sec>
<sec id="s5">
<title>Author contributions</title>
<p>TL, AH, and DH: Designed research. TL and CS: Performed experimental and simulations works. TM: Contributed analytic tools. TL, CS, and DH Analyzed data. TL, CS, AH, and DH: Wrote the paper.</p>
<sec>
<title>Conflict of interest statement</title>
<p>The authors declare that the research was conducted in the absence of any commercial or financial relationships that could be construed as a potential conflict of interest.</p>
</sec>
</sec>
</body>
<back>
<ack>
<p>This research was supported by a Marie Curie grant (DH), by the Deutsche Forschungsgemeinschaft (HE 3763/15-1) (AH) and the Bundesministerium fur Bildung und Forschung (eBio: ViroSign) (CS and AH). TL is partially funded by a fellowship from the Fondation pour la Recherche Medicale and a grant from the Philippe Foundation.</p>
</ack>
<sec sec-type="supplementary-material" id="s6">
<title>Supplementary material</title>
<p>The Supplementary Material for this article can be found online at: <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://journal.frontiersin.org/article/10.3389/fphy.2017.00025/full#supplementary-material">http://journal.frontiersin.org/article/10.3389/fphy.2017.00025/full#supplementary-material</ext-link></p>
<supplementary-material xlink:href="DataSheet1.PDF" id="SM1" mimetype="application/pdf" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink"/>
</sec>
<ref-list>
<title>References</title>
<ref id="B1">
<label>1.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>D&#x00027;Orsogna</surname> <given-names>MR</given-names></name> <name><surname>Chou</surname> <given-names>T</given-names></name></person-group>. <article-title>Optimal cytoplasmic transport in viral infections</article-title>. <source>PLoS ONE</source> (<year>2009</year>) <volume>4</volume>:<fpage>e8165</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1371/journal.pone.0008165</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">20046829</pub-id></citation></ref>
<ref id="B2">
<label>2.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Gibbons</surname> <given-names>MM</given-names></name> <name><surname>Chou</surname> <given-names>T</given-names></name> <name><surname>D&#x00027;orsogna</surname> <given-names>MR</given-names></name></person-group>. <article-title>Diffusion-dependent mechanisms of receptor engagement and viral entry</article-title>. <source>J Phys Chem B</source> (<year>2010</year>) <volume>114</volume>:<fpage>15403</fpage>&#x02013;<lpage>12</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1021/jp1080725</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">21038861</pub-id></citation></ref>
<ref id="B3">
<label>3.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Mistry</surname> <given-names>B</given-names></name> <name><surname>D&#x00027;Orsogna</surname> <given-names>MR</given-names></name> <name><surname>Webb</surname> <given-names>NE</given-names></name> <name><surname>Lee</surname> <given-names>B</given-names></name> <name><surname>Chou</surname> <given-names>T</given-names></name></person-group>. <article-title>Quantifying the Sensitivity of HIV-1 Viral Entry to Receptor and Coreceptor Expression</article-title>. <source>J Phys Chem B</source> (<year>2016</year>) <volume>120</volume>:<fpage>6189</fpage>&#x02013;<lpage>99</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1021/acs.jpcb.6b02102</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">27137677</pub-id></citation></ref>
<ref id="B4">
<label>4.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Allard</surname> <given-names>JF</given-names></name> <name><surname>Dushek</surname> <given-names>O</given-names></name> <name><surname>Coombs</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Van Der Merwe</surname> <given-names>PA</given-names></name></person-group>. <article-title>Mechanical modulation of receptor-ligand interactions at cell-cell interfaces</article-title>. <source>Biophys J.</source> (<year>2012</year>) <volume>102</volume>:<fpage>1265</fpage>&#x02013;<lpage>73</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.bpj.2012.02.006</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">22455909</pub-id></citation></ref>
<ref id="B5">
<label>5.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Sodeik</surname> <given-names>B</given-names></name></person-group>. <article-title>Mechanisms of viral transport in the cytoplasm</article-title>. <source>Trends Microbiol.</source> (<year>2000</year>) <volume>8</volume>:<fpage>465</fpage>&#x02013;<lpage>72</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/S0966-842X(00)01824-2</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">11044681</pub-id></citation></ref>
<ref id="B6">
<label>6.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Imelli</surname> <given-names>N</given-names></name> <name><surname>Meier</surname> <given-names>O</given-names></name> <name><surname>Boucke</surname> <given-names>K</given-names></name> <name><surname>Hemmi</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Greber</surname> <given-names>UF</given-names></name></person-group>. <article-title>Cholesterol is required for endocytosis and endosomal escape of adenovirus type 2</article-title>. <source>J Virol.</source> (<year>2004</year>) <volume>78</volume>:<fpage>3089</fpage>&#x02013;<lpage>98</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1128/JVI.78.6.3089-3098.2004</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">14990728</pub-id></citation></ref>
<ref id="B7">
<label>7.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Dauty</surname> <given-names>E</given-names></name> <name><surname>Verkman</surname> <given-names>AS</given-names></name></person-group>. <article-title>Actin cytoskeleton as the principal determinant of size-dependent DNA mobility in cytoplasm: a new barrier for non-viral gene delivery</article-title>. <source>J Biol Chem.</source> (<year>2005</year>) <volume>280</volume>:<fpage>7823</fpage>&#x02013;<lpage>8</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1074/jbc.M412374200</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">15632160</pub-id></citation></ref>
<ref id="B8">
<label>8.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Xiao</surname> <given-names>PJ</given-names></name> <name><surname>Samulski</surname> <given-names>RJ</given-names></name></person-group>. <article-title>Cytoplasmic trafficking, endosomal escape, and perinuclear accumulation of adeno-associated virus type 2 particles are facilitated by microtubule network</article-title>. <source>J Virol.</source> (<year>2012</year>) <volume>86</volume>:<fpage>10462</fpage>&#x02013;<lpage>73</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1128/JVI.00935-12</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">22811523</pub-id></citation></ref>
<ref id="B9">
<label>9.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Amoruso</surname> <given-names>C</given-names></name> <name><surname>Lagache</surname> <given-names>T</given-names></name> <name><surname>Holcman</surname> <given-names>D</given-names></name></person-group>. <article-title>Modeling the early steps of cytoplasmic trafficking in viral infection and gene delivery</article-title>. <source>Siam J Appl Math.</source> (<year>2011</year>) <volume>71</volume>:<fpage>2334</fpage>&#x02013;<lpage>58</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1137/100816572</pub-id></citation></ref>
<ref id="B10">
<label>10.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Schelker</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Mair</surname> <given-names>CM</given-names></name> <name><surname>Jolmes</surname> <given-names>F</given-names></name> <name><surname>Welke</surname> <given-names>RW</given-names></name> <name><surname>Klipp</surname> <given-names>E</given-names></name> <name><surname>Herrmann</surname> <given-names>A</given-names></name> <etal/></person-group>. <article-title>Viral RNA Degradation and Diffusion Act as a Bottleneck for the Influenza A Virus Infection Efficiency</article-title>. <source>PLoS Comput Biol.</source> (<year>2016</year>) <volume>12</volume>:<fpage>e1005075</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1371/journal.pcbi.1005075</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">27780209</pub-id></citation></ref>
<ref id="B11">
<label>11.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Lagache</surname> <given-names>T</given-names></name> <name><surname>Danos</surname> <given-names>O</given-names></name> <name><surname>Holcman</surname> <given-names>D</given-names></name></person-group>. <article-title>Modeling the step of endosomal escape during cell infection by a nonenveloped virus</article-title>. <source>Biophys J.</source> (<year>2012</year>) <volume>102</volume>:<fpage>980</fpage>&#x02013;<lpage>9</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.bpj.2011.12.037</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">22404920</pub-id></citation></ref>
<ref id="B12">
<label>12.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Mercer</surname> <given-names>J</given-names></name> <name><surname>Schelhaas</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Helenius</surname> <given-names>A</given-names></name></person-group>. <article-title>Virus entry by endocytosis</article-title>. <source>Annu Rev Biochem.</source> (<year>2010</year>) <volume>79</volume>:<fpage>803</fpage>&#x02013;<lpage>33</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1146/annurev-biochem-060208-104626</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">20196649</pub-id></citation></ref>
<ref id="B13">
<label>13.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Huang</surname> <given-names>Q</given-names></name> <name><surname>Sivaramakrishna</surname> <given-names>RP</given-names></name> <name><surname>Ludwig</surname> <given-names>K</given-names></name> <name><surname>Korte</surname> <given-names>T</given-names></name> <name><surname>B&#x000F6;ttcher</surname> <given-names>C</given-names></name> <name><surname>Herrmann</surname> <given-names>A</given-names></name></person-group>. <article-title>Early steps of the conformational change of influenza virus hemagglutinin to a fusion active state: stability and energetics of the hemagglutinin</article-title>. <source>Biochim Biophys Acta</source> (<year>2003</year>) <volume>1614</volume>:<fpage>3</fpage>&#x02013;<lpage>13</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/S0005-2736(03)00158-5</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">12873761</pub-id></citation></ref>
<ref id="B14">
<label>14.</label>
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Schuss</surname> <given-names>Z</given-names></name></person-group>. <source>Theory and Applications of Stochastic Processes.</source> <publisher-loc>New-York, NY</publisher-loc>: <publisher-name>Springer</publisher-name> (<year>2010</year>).</citation></ref>
<ref id="B15">
<label>15.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Huang</surname> <given-names>Q</given-names></name> <name><surname>Opitz</surname> <given-names>R</given-names></name> <name><surname>Knapp</surname> <given-names>EW</given-names></name> <name><surname>Herrmann</surname> <given-names>A</given-names></name></person-group>. <article-title>Protonation and stability of the globular domain of influenza virus hemagglutinin</article-title>. <source>Biophys J.</source> (<year>2002</year>) <volume>82</volume>:<fpage>1050</fpage>&#x02013;<lpage>8</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/S0006-3495(02)75464-7</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">11806944</pub-id></citation></ref>
<ref id="B16">
<label>16.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Danieli</surname> <given-names>T</given-names></name> <name><surname>Pelletier</surname> <given-names>SL</given-names></name> <name><surname>Henis</surname> <given-names>YI</given-names></name> <name><surname>White</surname> <given-names>JM</given-names></name></person-group>. <article-title>Membrane fusion mediated by the influenza virus hemagglutinin requires the concerted action of at least three hemagglutinin trimers</article-title>. <source>J Cell Biol.</source> (<year>1996</year>) <volume>133</volume>:<fpage>559</fpage>&#x02013;<lpage>69</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1083/jcb.133.3.559</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">8636231</pub-id></citation></ref>
<ref id="B17">
<label>17.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Ivanovic</surname> <given-names>T</given-names></name> <name><surname>Choi</surname> <given-names>JL</given-names></name> <name><surname>Whelan</surname> <given-names>SP</given-names></name> <name><surname>van Oijen</surname> <given-names>AM</given-names></name> <name><surname>Harrison</surname> <given-names>SC</given-names></name></person-group>. <article-title>Influenza-virus membrane fusion by cooperative fold-back of stochastically induced hemagglutinin intermediates</article-title>. <source>Elife</source> (<year>2013</year>) <volume>2</volume>:<fpage>e00333</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.7554/eLife.00333</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">23550179</pub-id></citation></ref>
<ref id="B18">
<label>18.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Grabe</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Wang</surname> <given-names>H</given-names></name> <name><surname>Oster</surname> <given-names>G</given-names></name></person-group>. <article-title>The mechanochemistry of V-ATPase proton pumps</article-title>. <source>Biophys J.</source> (<year>2000</year>) <volume>78</volume>:<fpage>2798</fpage>&#x02013;<lpage>813</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/S0006-3495(00)76823-8</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">10827963</pub-id></citation></ref>
<ref id="B19">
<label>19.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Fuchs</surname> <given-names>R</given-names></name> <name><surname>Schmid</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Mellman</surname> <given-names>I</given-names></name></person-group>. <article-title>A possible role for Na<sup>&#x0002B;</sup>,K<sup>&#x0002B;</sup>-ATPase in regulating ATP-dependent endosome acidification</article-title>. <source>Proc Natl Acad Sci USA.</source> (<year>1989</year>) <volume>86</volume>:<fpage>539</fpage>&#x02013;<lpage>43</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1073/pnas.86.2.539</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">2536167</pub-id></citation></ref>
<ref id="B20">
<label>20.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Grabe</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Oster</surname> <given-names>G</given-names></name></person-group>. <article-title>Regulation of organelle acidity</article-title>. <source>J Gen Physiol.</source> (<year>2001</year>) <volume>117</volume>:<fpage>329</fpage>&#x02013;<lpage>44</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1085/jgp.117.4.329</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">11279253</pub-id></citation></ref>
<ref id="B21">
<label>21.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Rink</surname> <given-names>J</given-names></name> <name><surname>Ghigo</surname> <given-names>E</given-names></name> <name><surname>Kalaidzidis</surname> <given-names>Y</given-names></name> <name><surname>Zerial</surname> <given-names>M</given-names></name></person-group>. <article-title>Rab conversion as a mechanism of progression from early to late endosomes</article-title>. <source>Cell</source> (<year>2005</year>) <volume>122</volume>:<fpage>735</fpage>&#x02013;<lpage>49</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.cell.2005.06.043</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">16143105</pub-id></citation></ref>
<ref id="B22">
<label>22.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Zaraket</surname> <given-names>H</given-names></name> <name><surname>Bridges</surname> <given-names>OA</given-names></name> <name><surname>Duan</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Baranovich</surname> <given-names>T</given-names></name> <name><surname>Yoon</surname> <given-names>SW</given-names></name> <name><surname>Reed</surname> <given-names>ML</given-names></name> <etal/></person-group>. <article-title>Increased acid stability of the hemagglutinin protein enhances H5N1 influenza virus growth in the upper respiratory tract but is insufficient for transmission in ferrets</article-title>. <source>J Virol.</source> (<year>2013</year>) <volume>87</volume>:<fpage>9911</fpage>&#x02013;<lpage>22</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1128/JVI.01175-13</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">23824818</pub-id></citation></ref>
<ref id="B23">
<label>23.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Bayer</surname> <given-names>N</given-names></name> <name><surname>Schober</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Prchla</surname> <given-names>E</given-names></name> <name><surname>Murphy</surname> <given-names>RF</given-names></name> <name><surname>Blaas</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Fuchs</surname> <given-names>R</given-names></name></person-group>. <article-title>Effect of bafilomycin A1 and nocodazole on endocytic transport in HeLa cells: implications for viral uncoating and infection</article-title>. <source>J Virol.</source> (<year>1998</year>) <volume>72</volume>:<fpage>9645</fpage>&#x02013;<lpage>55</lpage>. <pub-id pub-id-type="pmid">9811698</pub-id></citation></ref>
<ref id="B24">
<label>24.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Leiding</surname> <given-names>T</given-names></name> <name><surname>Wang</surname> <given-names>J</given-names></name> <name><surname>Martinsson</surname> <given-names>J</given-names></name> <name><surname>DeGrado</surname> <given-names>WF</given-names></name> <name><surname>Arsk&#x000F6;ld</surname> <given-names>SP</given-names></name></person-group>. <article-title>Proton and cation transport activity of the M2 proton channel from influenza A virus</article-title>. <source>Proc Natl Acad Sci USA.</source> (<year>2010</year>) <volume>107</volume>:<fpage>15409</fpage>&#x02013;<lpage>14</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1073/pnas.1009997107</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">20713739</pub-id></citation></ref>
<ref id="B25">
<label>25.</label>
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Lamb</surname> <given-names>R</given-names></name> <name><surname>Krug</surname> <given-names>R</given-names></name></person-group>. <article-title>Orthomyxoviridae: The viruses and replication</article-title>. In: <person-group person-group-type="editor"><name><surname>Knipe</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Howley</surname> <given-names>P</given-names></name> <name><surname>Griffin</surname> <given-names>D</given-names></name></person-group> editors. <source>Fields Virology.</source> <edition>4th Edn</edition>. <publisher-loc>Philadelphia, PA</publisher-loc>: <publisher-name>Lippincott Wiliams and Wilkins</publisher-name> (<year>1996</year>) <fpage>1487</fpage>&#x02013;<lpage>1531</lpage>.</citation></ref>
<ref id="B26">
<label>26.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Stoyanov</surname> <given-names>AV</given-names></name> <name><surname>Righetti</surname> <given-names>PG</given-names></name></person-group>. <article-title>Buffer properties of biopolymer solutions, as related to their behaviour in electrokinetic methodologies</article-title>. <source>J Chromatogr A.</source> (<year>1999</year>) <volume>838</volume>:<fpage>11</fpage>&#x02013;<lpage>8</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/S0021-9673(99)00090-4</pub-id></citation></ref>
<ref id="B27">
<label>27.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Matlin</surname> <given-names>KS</given-names></name> <name><surname>Reggio</surname> <given-names>H</given-names></name> <name><surname>Helenius</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Simons</surname> <given-names>K</given-names></name></person-group>. <article-title>Pathway of vesicular stomatitis virus entry leading to infection</article-title>. <source>J Mol Biol.</source> (<year>1982</year>) <volume>156</volume>:<fpage>609</fpage>&#x02013;<lpage>31</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/0022-2836(82)90269-8</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">6288961</pub-id></citation></ref>
<ref id="B28">
<label>28.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Krumbiegel</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Herrmann</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Blumenthal</surname> <given-names>R</given-names></name></person-group>. <article-title>Kinetics of the low pH-induced conformational changes and fusogenic activity of influenza hemagglutinin</article-title>. <source>Biophys J.</source> (<year>1994</year>) <volume>67</volume>:<fpage>2355</fpage>&#x02013;<lpage>60</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/S0006-3495(94)80721-0</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">7696474</pub-id></citation></ref>
<ref id="B29">
<label>29.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Knessl</surname> <given-names>C</given-names></name> <name><surname>Matkowsky</surname> <given-names>B</given-names></name> <name><surname>Schuss</surname> <given-names>Z</given-names></name> <name><surname>Tier</surname> <given-names>C</given-names></name></person-group>. <article-title>An asymptotic theory of large deviations for Markov jump-processes</article-title>. <source>Siam J Appl Math.</source> (<year>1985</year>) <volume>45</volume>:<fpage>1006</fpage>&#x02013;<lpage>28</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1137/0145062</pub-id></citation></ref>
<ref id="B30">
<label>30.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Matkowsky</surname> <given-names>B</given-names></name> <name><surname>Schuss</surname> <given-names>Z</given-names></name> <name><surname>Knessl</surname> <given-names>C</given-names></name> <name><surname>Tier</surname> <given-names>C</given-names></name> <name><surname>Mangel</surname> <given-names>M</given-names></name></person-group>. <article-title>Asymptotic solution of the Kramers-Moyal equation and first-passage times for Markov jump processes</article-title>. <source>Phys Rev A.</source> (<year>1984</year>) <volume>29</volume>:<fpage>3359</fpage>&#x02013;<lpage>69</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevA.29.3359</pub-id></citation></ref>
<ref id="B31">
<label>31.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Knessl</surname> <given-names>C</given-names></name> <name><surname>Mangel</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Matkowsky</surname> <given-names>B</given-names></name> <name><surname>Schuss</surname> <given-names>Z</given-names></name> <name><surname>Tier</surname> <given-names>C</given-names></name></person-group>. <article-title>Solution of Kramers-Moyal equations for problems in chemical physics</article-title>. <source>J Chem Phys.</source> (<year>1984</year>) <volume>81</volume>:<fpage>1285</fpage>&#x02013;<lpage>93</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1063/1.447815</pub-id></citation></ref>
<ref id="B32">
<label>32.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Ward</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Keller</surname> <given-names>J</given-names></name></person-group>. <article-title>Strong localized perturbations of eigenvalue problems</article-title>. <source>Siam J Appl Math.</source> (<year>1993</year>) <volume>53</volume>:<fpage>770</fpage>&#x02013;<lpage>98</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1137/0153038</pub-id></citation></ref>
<ref id="B33">
<label>33.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Singer</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Schuss</surname> <given-names>Z</given-names></name> <name><surname>Holcman</surname> <given-names>D</given-names></name></person-group>. <article-title>Narrow Escape, part III: Non-smooth domains and Riemann surfaces</article-title>. <source>J Stat Phys.</source> (<year>2006</year>) <volume>122</volume>:<fpage>491</fpage>&#x02013;<lpage>509</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s10955-005-8028-4</pub-id></citation></ref>
<ref id="B34">
<label>34.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Schuss</surname> <given-names>Z</given-names></name> <name><surname>Singer</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Holcman</surname> <given-names>D</given-names></name></person-group>. <article-title>The narrow escape problem for diffusion in cellular microdomains</article-title>. <source>Proc Natl Acad Sci USA.</source> (<year>2007</year>) <volume>104</volume>:<fpage>16098</fpage>&#x02013;<lpage>103</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1073/pnas.0706599104</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">17901203</pub-id></citation></ref>
<ref id="B35">
<label>35.</label>
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Holcman</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Schuss</surname> <given-names>Z</given-names></name></person-group>. <source>Stochastic Narrow Escape in Molecular and Cellular Biology: Analysis and Applications.</source> <publisher-loc>New-York, NY</publisher-loc>: <publisher-name>Springer</publisher-name> (<year>2015</year>).</citation></ref>
<ref id="B36">
<label>36.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>al Baldawi</surname> <given-names>NF</given-names></name> <name><surname>Abercrombie</surname> <given-names>RF</given-names></name></person-group>. <article-title>Cytoplasmic hydrogen ion diffusion coefficient</article-title>. <source>Biophys J.</source> (<year>1992</year>) <volume>61</volume>:<fpage>1470</fpage>&#x02013;<lpage>9</lpage>. <pub-id pub-id-type="pmid">1617134</pub-id></citation></ref>
<ref id="B37">
<label>37.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Kieseritzky</surname> <given-names>G</given-names></name> <name><surname>Knapp</surname> <given-names>EW</given-names></name></person-group>. <article-title>Optimizing pKA computation in proteins with pH adapted conformations</article-title>. <source>Prot Struct Funct Bioinf.</source> (<year>2008</year>) <volume>71</volume>:<fpage>1335</fpage>&#x02013;<lpage>48</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/prot.21820</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">18058906</pub-id></citation></ref>
<ref id="B38">
<label>38.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Korte</surname> <given-names>T</given-names></name> <name><surname>Ludwig</surname> <given-names>K</given-names></name> <name><surname>Booy</surname> <given-names>FP</given-names></name> <name><surname>Blumenthal</surname> <given-names>R</given-names></name> <name><surname>Herrmann</surname> <given-names>A</given-names></name></person-group>. <article-title>Conformational intermediates and fusion activity of influenza virus hemagglutinin</article-title>. <source>J Virol.</source> (<year>1999</year>) <volume>73</volume>:<fpage>4567</fpage>&#x02013;<lpage>74</lpage>. <pub-id pub-id-type="pmid">10233915</pub-id></citation></ref>
<ref id="B39">
<label>39.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Thompson</surname> <given-names>RE</given-names></name> <name><surname>Larson</surname> <given-names>DR</given-names></name> <name><surname>Webb</surname> <given-names>WW</given-names></name></person-group>. <article-title>Precise nanometer localization analysis for individual fluorescent probes</article-title>. <source>Biophys J.</source> (<year>2002</year>) <volume>82</volume>:<fpage>2775</fpage>&#x02013;<lpage>83</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/S0006-3495(02)75618-X</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">11964263</pub-id></citation></ref>
<ref id="B40">
<label>40.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Van Dyke</surname> <given-names>RW</given-names></name> <name><surname>Belcher</surname> <given-names>JD</given-names></name></person-group>. <article-title>Acidification of three types of liver endocytic vesicles: similarities and differences</article-title>. <source>Am J Physiol.</source> (<year>1994</year>) <volume>266</volume>(<issue>1 Pt 1</issue>):<fpage>C81</fpage>&#x02013;<lpage>94</lpage>. <pub-id pub-id-type="pmid">8304433</pub-id></citation></ref>
<ref id="B41">
<label>41.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Ng</surname> <given-names>AKL</given-names></name> <name><surname>Zhang</surname> <given-names>H</given-names></name> <name><surname>Tan</surname> <given-names>K</given-names></name> <name><surname>Li</surname> <given-names>Z</given-names></name> <name><surname>Liu</surname> <given-names>Jh</given-names></name> <name><surname>Chan</surname> <given-names>PKS</given-names></name> <etal/></person-group>. <article-title>Structure of the influenza virus A H5N1 nucleoprotein: implications for RNA binding, oligomerization, and vaccine design</article-title>. <source>FASEB J.</source> (<year>2008</year>) <volume>22</volume>:<fpage>3638</fpage>&#x02013;<lpage>47</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1096/fj.08-112110</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">18614582</pub-id></citation></ref>
<ref id="B42">
<label>42.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Lamb</surname> <given-names>RA</given-names></name> <name><surname>Choppin</surname> <given-names>PW</given-names></name></person-group>. <article-title>The gene structure and replication of influenza virus</article-title>. <source>Annu Rev Biochem.</source> (<year>1983</year>) <volume>52</volume>:<fpage>467</fpage>&#x02013;<lpage>506</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1146/annurev.bi.52.070183.002343</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">6351727</pub-id></citation></ref>
<ref id="B43">
<label>43.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Hutchinson</surname> <given-names>EC</given-names></name> <name><surname>von Kirchbach</surname> <given-names>JC</given-names></name> <name><surname>Gog</surname> <given-names>JR</given-names></name> <name><surname>Digard</surname> <given-names>P</given-names></name></person-group>. <article-title>Genome packaging in influenza A virus</article-title>. <source>J Gen Virol.</source> (<year>2010</year>) <volume>91</volume>(<issue>Pt 2</issue>):<fpage>313</fpage>&#x02013;<lpage>28</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1099/vir.0.017608-0</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">19955561</pub-id></citation></ref>
</ref-list>
</back>
</article>
