生物學(xué)家回答關(guān)于細胞大小的基本問題

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

在人類中，細胞大小可以改變100多倍，從微小的紅細胞到大的神經(jīng)元。然而，在每種細胞類型中，與標準大小的偏差非常小。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)致細胞進入一種稱為衰老的非分裂狀態(tài)，這表明細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，我認為這些數(shù)據(jù)為衰老提供了一個美麗而簡單的解釋，”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。

阿蒙是這項研究的資深作者，這項研究發(fā)表在2月7日的《細胞》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

為了找出為什么細胞大小受到如此嚴格的控制，研究人員修改了對細胞分裂至關(guān)重要的基因，以防止酵母細胞分裂，從而使其在一定溫度下關(guān)閉。這些細胞繼續(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)，隨著細胞的擴大，它們的DNA和蛋白質(zhì)構(gòu)建機器已經(jīng)不能滿足如此龐大細胞的需求。這種不能產(chǎn)生足夠的蛋白質(zhì)導(dǎo)致細胞質(zhì)稀釋和細胞分裂的破壞。研究人員認為，依賴于細胞分子的發(fā)現(xiàn)和相互作用的許多其他基本細胞過程，也可能在細胞過大時受到損害。

“理論模型預(yù)測稀釋細胞質(zhì)會降低反應(yīng)速度。每一個化學(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不到，所以有些反應(yīng)永遠不會發(fā)生，因為濃度更低，”Neurohr說。

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

對人類細胞的實驗產(chǎn)生了類似的結(jié)果：在對人類成纖維細胞的研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)，迫使細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胞中，被認為會導(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。

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

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

一個尚未解決的問題是如何保持不同類型細胞的適當大小，研究人員現(xiàn)在希望進行進一步的研究。

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