生物學(xué)家回答關(guān)于細(xì)胞大小的基本問題

麻省理工學(xué)院的生物學(xué)家找到了一個(gè)基本生物學(xué)問題的答案：為什么給定類型的細(xì)胞大小相同？

在人類中，細(xì)胞大小可以改變100多倍，從微小的紅細(xì)胞到大的神經(jīng)元。然而，在每種細(xì)胞類型中，與標(biāo)準(zhǔn)大小的偏差非常小。在酵母研究中，麻省理工學(xué)院的研究人員將細(xì)胞培養(yǎng)到正常大小的10倍，發(fā)現(xiàn)它們的DNA無法滿足產(chǎn)生足夠蛋白質(zhì)來維持正常細(xì)胞功能的需求。

此外，研究人員發(fā)現(xiàn)，這種蛋白質(zhì)缺乏導(dǎo)致細(xì)胞進(jìn)入一種稱為衰老的非分裂狀態(tài)，這表明細(xì)胞會隨著年齡的增長而衰老。

“有很多假說試圖解釋為什么會衰老，我認(rèn)為這些數(shù)據(jù)為衰老提供了一個(gè)美麗而簡單的解釋，”生物系柯蒂斯大理石教授凱瑟琳和安吉利卡阿蒙說?？坪站C合癌癥研究所成員。

阿蒙是這項(xiàng)研究的資深作者，這項(xiàng)研究發(fā)表在2月7日的《細(xì)胞》網(wǎng)絡(luò)版上。麻省理工學(xué)院博士后Gabriel Neurohr是這篇論文的主要作者。

太大的

為了找出為什么細(xì)胞大小受到如此嚴(yán)格的控制，研究人員修改了對細(xì)胞分裂至關(guān)重要的基因，以防止酵母細(xì)胞分裂，從而使其在一定溫度下關(guān)閉。這些細(xì)胞繼續(xù)生長，但它們不能分裂，也不能復(fù)制它們的脫氧核糖核酸。

研究人員發(fā)現(xiàn)，隨著細(xì)胞的擴(kuò)大，它們的DNA和蛋白質(zhì)構(gòu)建機(jī)器已經(jīng)不能滿足如此龐大細(xì)胞的需求。這種不能產(chǎn)生足夠的蛋白質(zhì)導(dǎo)致細(xì)胞質(zhì)稀釋和細(xì)胞分裂的破壞。研究人員認(rèn)為，依賴于細(xì)胞分子的發(fā)現(xiàn)和相互作用的許多其他基本細(xì)胞過程，也可能在細(xì)胞過大時(shí)受到損害。

“理論模型預(yù)測稀釋細(xì)胞質(zhì)會降低反應(yīng)速度。每一個(gè)化學(xué)反應(yīng)都會發(fā)生得更慢，某些蛋白質(zhì)的某些閾值濃度可能達(dá)不到，所以有些反應(yīng)永遠(yuǎn)不會發(fā)生，因?yàn)闈舛雀?，”Neurohr說。

研究人員表明，有兩組染色體的酵母細(xì)胞在衰老前只能比只有一組染色體的酵母細(xì)胞生長兩倍，這表明細(xì)胞中的DNA量是細(xì)胞容量的限制因素。長大吧。

對人類細(xì)胞的實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生了類似的結(jié)果：在對人類成纖維細(xì)胞的研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)，迫使細(xì)胞生長到過大的尺寸(正常尺寸的八倍)會破壞許多功能，包括細(xì)胞分裂。

年齡相關(guān)疾病

阿蒙說，過度生長可能在衰老的發(fā)展中起主要作用，衰老發(fā)生在許多類型的哺乳動物細(xì)胞中，被認(rèn)為會導(dǎo)致與年齡相關(guān)的器官功能障礙和慢性與年齡相關(guān)的疾病。

衰老細(xì)胞通常比年輕細(xì)胞大。這項(xiàng)研究表明，不受抑制的細(xì)胞生長會導(dǎo)致衰老，這為這一觀察提供了一個(gè)可能的解釋。人體在整個(gè)生命過程中往往會有輕微的生長，因?yàn)槊看渭?xì)胞分裂時(shí)，都會檢查DNA損傷，如果發(fā)現(xiàn)有細(xì)胞，在修復(fù)時(shí)就會停止分裂。在每一次延遲中，細(xì)胞都會稍微變大。

阿蒙說：“在細(xì)胞的整個(gè)生命周期中，分裂越多，受傷的可能性就越高，隨著時(shí)間的推移，細(xì)胞會越來越大?！白罱K它們變得如此之大，以至于開始稀釋對擴(kuò)散至關(guān)重要的關(guān)鍵因素。”

一個(gè)尚未解決的問題是如何保持不同類型細(xì)胞的適當(dāng)大小，研究人員現(xiàn)在希望進(jìn)行進(jìn)一步的研究。

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