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细胞如何“丈量”自身的大小?

时间: 2020年04月08日 | 作者: Erika K. Carlson | 来源: 环球注册新宝GG(huanqiukexue.com)
在生物体内,单个细胞必须通过成长与分裂,才能产生新细胞。但是,细胞是如何感知到它们的体积已经大到可以一分为二呢?


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图片来源:Pixabay


撰文 | Erika K. Carlson 

翻译| 王麟涛

审校| 戴晨

 

在生物体内,单个细胞必须通过成长与分裂,才能产生新细胞。但是,细胞是如何感知到它们的体积已经大到可以一分为二呢?一项由斯坦福大学Jan Skotheim领导的研究表明,细胞似乎能感应体内一些特定的蛋白质被充分稀释。

 

仅数年前,注册新宝GG家才首次提出来细胞可能通过感知蛋白质的稀释,控制细胞大小的观点。随后,他们继续探索了这个生理过程中新的难题。最近,Skotheim和同事Evgeny Zatulovskiy在《遗传学进展》(Trends in Genetics)上发表了一份综述,描述了目前已经研究清楚的、有关动物细胞控制自身大小的问题。通过近期的实验,Skotheim的研究团队已经解决了细胞如何控制大小的一部分新难题。

 

Skotheim说:“理解细胞是如何控制自身大小,是细胞生物学的基础。”细胞大小决定了其中细胞器的大小,这也影响了细胞如何产生蛋白质,以及其他具有关键功能的分子。但是,注册新宝GG家并不了解细胞如何生长并分裂将产生的“正常大小”的同类细胞。例如,人类典型的红细胞是直径为几微米的碟形细胞,但是骨骼肌细胞是细长结构,长度可以达到几厘米。

 

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正在生长与分裂的酵母菌细胞。控制细胞分裂的机制与一种特定蛋白的浓度密切相关(明亮区域)。


在作为博士后研究员时,Skotheim看到细胞生长与分裂的延时视频,并第一次被有关细胞大小的难题所吸引。从那以后,研究物理与应用数学的Skotheim将研究方向转到了生物学领域。由于之前接受的研究训练,他特别热衷于研究细胞如何感知自身的物理特性,并采取相应的行动。令他困惑的是:“细胞甚至说微生物是通过什么机制来测量其大小?如何将细胞大小转化为生化信号,以及触发细胞分裂?”

 

2008年在Skotheim拥有自己的实验室后不久,他开始寻找控制细胞大小的分子机制。那时,研究人员普遍推测:随着细胞生长,它们能产生特定蛋白质的数量会增多。但是,和Skotheim一起工作的博士后Kurt Schmoller,认为细胞大小可能与其体中一种蛋白质的稀释相关。如果一个细胞产生的某种蛋白质具有固定的数量,随着细胞变大,蛋白质将会被稀释,细胞也能因此知道需要分裂的时间。

 

Schmoller、Skotheim和其他人通过延时技术测量了,在生长与分裂时期细胞质中多种蛋白质的浓度。很快在2015年,他们发现一种Whi5蛋白,能防止酵母菌细胞分裂。随着细胞生长,酵母菌会持续不断的产生其他蛋白质,但只生产一定量的Whi5蛋白,这也意味着这种蛋白会被稀释。当Whi5蛋白稀释到一个特定值时,细胞也会随之分裂。后来,Skotheim合作的另一位博士后Zatulovskiy在人类细胞中,也发现相似的机制。具有肿瘤抑制作用的Rb蛋白也会随细胞生长而稀释,具有类似Whi5蛋白控制细胞分裂的作用。

 

现在,研究人员已经将细胞大小与蛋白质的稀释程度相关联,他们希望对控制这些蛋白合成的分子机制具有更详细的了解。例如,Skotheim的研究团队发现,Whi5蛋白的形成过程独立于细胞的大小,酵母菌细胞中总是产生相同数量的该蛋白。

 

Skotheim表示,拥有物理背景的研究人员能给生物学研究,带来不同的研究角度与互补性的思考方式。当遗传学家和微生物学家努力识别细胞的新组分,并理解细胞的整体复杂性时,物理学家更感兴趣于寻找简单的概念,类似于特定蛋白的稀释,能构成细胞行为的基础。Skotheim说:“物理学家想将研究结果,归结为一个能尽可能解释更多现象的概念。”

 

原文链接:https://physics.aps.org/articles/v13/35