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研究解开了细胞如何测量其大小的谜团

多年来,科学家们一直在寻找了解细胞如何测量它们的大小。细胞大小至关重要。它是在生长的有机体中调节细胞分裂的东西。当微观结构的大小加倍时,它们就会分裂。一个细胞变成两个。两个细胞变成四个。这个过程不断重复,直到生物体有足够的细胞。然后它停止了。或者至少它应该如此。

导致细胞分裂在正确时间停止的完整事件链让科学家们感到困惑。除了教科书问题之外,这个问题还涉及严重的医学挑战:过早停止分裂的细胞会导致正在生长的生物体出现缺陷。不受控制的细胞生长会导致癌症或其他疾病。

发表在Current Biology 上的达特茅斯大学的一项研究通过反向解决这个问题为这个问题提供了一个新的答案:该研究的重点是大细胞,这些细胞通过分裂来减小尺寸,直到形成足够的细胞以进入其他发育阶段。

早期胚胎是研究细胞大小控制的理想场所。我们使用的细胞是肉眼可见的卵子。它们在分裂之前不需要生长,因此它使我们能够看到在成体细胞中被掩盖的连接。”

根据这项研究,在受精前将一定量的蛋白质组蛋白 H3 加载到胚胎中,并在胚胎分裂成更多细胞时用完。随着组蛋白被消耗以容纳越来越多的细胞核,它们会释放 Chk1 酶与另一种蛋白质 CDC25 结合,从而停止细胞增殖。

这项研究是技术性的,但机制相对简单:随着组蛋白 H3 在生长细胞中的作用,停止酶 Chk1 找到并禁用触发细胞周期进程的蛋白质 CDC25。

“我们研究结果的关键在于提出异常大量组蛋白 H3 可能进入终止酶的可能性,”达特茅斯大学的博士后研究员、该论文的第一作者 Yuki Shindo 说。“一旦我们注意到这一点,我们就能够在我们的活试管果蝇卵中测试这个想法。”

这项新研究建立在早期研究的基础上,该研究发现基因组大小和细胞大小之间存在生物学常数。研究人员知道,一旦达到平衡点,细胞就会停止复制,但不明白细胞如何确定比例。

为了找到这个长期存在的问题的答案,研究小组研究了果蝇卵。由于与其他细胞相比,它们的体积较大,因此该团队能够对细胞周期有不同的看法。

Amodeo 说:“多年来,我们已经拥有了所有的部件,但无法完全将它们组合在一起。” “一旦我们认识到 H3 直接与 DNA 和 Chk1 相互作用,工作进展得非常快。一切都是第一次奏效,这是一个很好的迹象,表明假设是正确的。”

由于控制细胞分裂的相同分子——组蛋白 H3、CDC25 和 Chk1——都在癌症和其他疾病中被发现,这一发现可以帮助正在寻找与发育和疾病相关的问题的答案的研究人员。

Shindo 说:“我们最初对一个基本的生物学问题感到好奇,即生长中的卵子中的细胞如何决定在正确的时间停止。” “我们现在很高兴我们的发现也可能对疾病等更广泛的背景产生重要影响。”

本研究的研究由普林斯顿大学刘易斯-西格勒研究所以及日本科学振兴会、上原纪念基金会和日本生化学会提供资助。

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