研究人員揭開細(xì)胞競爭的秘密

由于多細(xì)胞生命依賴于細(xì)胞間的相互作用，因此這并不總是和平也就不足為奇了：具有較高適應(yīng)度的細(xì)胞通過細(xì)胞競爭消除了適應(yīng)度較低的細(xì)胞。細(xì)胞競爭已成為一種質(zhì)量控制機(jī)制，當(dāng)細(xì)胞彼此之間存在遺傳或其他差異時，就會發(fā)生這種競爭。在哺乳動物中，已經(jīng)觀察到細(xì)胞競爭的過程，例如在癌癥中、器官穩(wěn)態(tài)期間以及作為選擇胚胎和成體中最適合細(xì)胞的過程的發(fā)育過程中。然而，區(qū)分“贏家”和“輸家”細(xì)胞的特征以及在各種生物環(huán)境中是否存在細(xì)胞競爭的關(guān)鍵決定因素仍然難以捉摸。

消除“失敗者”細(xì)胞的秘訣

研究小組發(fā)現(xiàn)，失去競爭的細(xì)胞的特征是線粒體有缺陷，并且在小鼠胚胎中，它們的特征是線粒體基因組的序列變化。他們的工作發(fā)表在《自然代謝》雜志上。“我們的工作表明，線粒體活性的差異是廣泛系統(tǒng)中競爭性細(xì)胞適應(yīng)性的關(guān)鍵決定因素。特別是，我們發(fā)現(xiàn)線粒體中的遺傳缺陷是小鼠胚胎中‘失敗者’細(xì)胞的特征，”Antonio Scialdone 說。文章的通訊作者。

更詳細(xì)地說：在原腸胚形成期間制定基本的身體計劃之前，小鼠胚胎利用細(xì)胞競爭來擺脫不合適的外胚層細(xì)胞。研究人員使用單細(xì)胞 RNAseq(一種特定的測序技術(shù))比較了用細(xì)胞死亡抑制劑處理的胚胎中的細(xì)胞與未經(jīng)處理的小鼠胚胎中的細(xì)胞。通過應(yīng)用機(jī)器學(xué)習(xí)算法，他們可以識別“失敗者”細(xì)胞的基因表達(dá)特征，并發(fā)現(xiàn)這些細(xì)胞的線粒體有缺陷，并以其線粒體基因組的序列變化為標(biāo)志。“很高興看到我們的計算流程如何能夠從單細(xì)胞 RNAseq 數(shù)據(jù)集中提取如此重要的信息，”文章的共同第一作者 Gabriele Lubatti 說。

關(guān)于“失敗者”細(xì)胞在小鼠胚胎中的樣子的信息使他們能夠確定“失敗者”細(xì)胞的身份。通過分析其他細(xì)胞競爭模型中的線粒體活性，他們可以確定線粒體功能障礙是不同“失敗者”細(xì)胞的共同特征，而線粒體 DNA 的微小變化足以驅(qū)動細(xì)胞競爭。

未來的工作

這項研究表明，在細(xì)胞之間發(fā)生競爭的各種環(huán)境中，線粒體活性可能是細(xì)胞健康的關(guān)鍵決定因素。環(huán)境變化可以強烈影響新陳代謝，線粒體在這個過程中起著核心作用。因此，響應(yīng)某些環(huán)境因素的線粒體基因組中的細(xì)胞競爭和相關(guān)缺陷可能導(dǎo)致特定基因型(“贏家”細(xì)胞)的出現(xiàn)。這意味著細(xì)胞競爭可能是環(huán)境和基因型之間的直接聯(lián)系，這將是進(jìn)一步探索的有趣之處。

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