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      現(xiàn)代生物細胞是如何獲得其運輸系統(tǒng)的
      
			
      
				2019-01-15 14:35:45
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      當今植物或動物細胞的內(nèi)部非常類似于繁忙的城市。就像一個由交通網(wǎng)絡(luò)相互連接的不同地區(qū)的城市大都市，一個小區(qū)有一個獨特的隔間，通過動態(tài)交通系統(tǒng)相互連接。一組這樣的相互連接的隔室 - 高爾基復(fù)合體 - 對于許多細胞功能是必不可少的，長期困擾科學家的一個問題是：如何在一個細胞內(nèi)產(chǎn)生如此復(fù)雜的隔室和交通系統(tǒng)?
      

      現(xiàn)代生物細胞是如何獲得其運輸系統(tǒng)的
      

      來自國家生物科學中心的科學家通過數(shù)學方法可以回答這個問題，探索這種組織如何進化。來自NCBS西蒙斯中心的Somya Mani和Mukund Thattai表明，高爾基綜合體及其伴隨的交通系統(tǒng)可以從一個簡單的模型中自發(fā)地出現(xiàn)，而不需要特殊的選擇機制。
      

      在細胞內(nèi)，高爾基復(fù)合體是一組隔室，對于加工，包裝和運輸?shù)鞍踪|(zhì)和其他分子至關(guān)重要。高爾基體的一個關(guān)鍵特征是其組織為“成熟鏈”，其具有可變分子組成的不同區(qū)室。這些隔室具有不同的加工和包裝功能，特別是在膠原蛋白等巨大蛋白質(zhì)的合成和運輸中。
      

      “現(xiàn)在，這個成熟系統(tǒng)為了運輸巨大的分子而發(fā)展是非常奇怪的。如果你沒有整個系統(tǒng)工作，你就不能運輸大分子，但如果沒有成熟系統(tǒng)的功能，那么驅(qū)動它的是什么演化?” Mukund Thattai問道。“這是一個經(jīng)典的雞蛋問題或者你稱之為捕獲22的問題，”他說。
      

      高爾基復(fù)合體的不同區(qū)室通過稱為囊泡的移動膜結(jié)合室彼此連接并連接到其他細胞區(qū)域。囊泡不斷萌芽或與隔室融合，形成不同類型分子的細胞范圍轉(zhuǎn)運系統(tǒng)。
      

      為了研究高爾基復(fù)合體的起源，Mani和Thattai模擬了這個交通系統(tǒng)。他們建立在廣泛而簡單的規(guī)則基礎(chǔ)上，模擬了從源室出來的囊泡流，并與細胞內(nèi)的目標區(qū)室融合。這些事件由出芽和融合矩陣指定，以創(chuàng)建已經(jīng)陷入平衡狀態(tài)的模擬蜂窩交通網(wǎng)絡(luò)的集合。
      

      現(xiàn)在，Mani和Thattai做了一些非常規(guī)的事情 - 他們隨意地填充了萌芽和融合矩陣。因此，萌芽和融合事件是隨機的，沒有特定的目的指導(dǎo)這些事件。
      

      但隨后，他們得到了驚人的結(jié)果。
      

      在大約25%的模擬中，研究人員遇到的交通網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)形成了與高爾基復(fù)合體非常相似的獨特模式。這意味著盡管缺乏出芽或融合的選擇機制，但是細胞中的囊泡交通網(wǎng)絡(luò)可以純粹偶然地產(chǎn)生隔室的功能性“成熟鏈”。
      

      換句話說，Mani和Thattai的工作表明高爾基復(fù)合體的進化可能是非適應(yīng)性的 - 沒有選擇系統(tǒng)需要推動細胞發(fā)育高爾基復(fù)合體。
      

      “我們可以爭辯說高爾基可能是為了其他目的而出現(xiàn)的，這是一個沒有人能夠弄清楚的目的。但這項工作的實質(zhì)是，沒有其他目的，”Thattai說有關(guān)于最近在eLife雜志上發(fā)表的一篇文章對此進行了描述。“但是一旦細胞有高爾基體，就好了!它是運輸巨大分子的一個很好的系統(tǒng)，因此細胞使用它，”他繼續(xù)道。
      

      科學家們現(xiàn)在正計劃利用他們的模型來研究結(jié)核病和艾滋病等感染性系統(tǒng)，這些系統(tǒng)是由細胞內(nèi)寄生蟲引起的，這些寄生蟲劫持了細胞的囊泡交通系統(tǒng)供自己使用。
      

      “我們模型的參數(shù)可以很容易地根據(jù)交通分子的生物學特性來解釋。因此，我們的模型可能為我們提供了結(jié)核分枝桿菌等寄生蟲用于劫持囊泡運輸系統(tǒng)的分子機制的線索，”Mani說。“我們還可以研究細胞在感染后可以用來恢復(fù)其正常交通系統(tǒng)的機制，”她補充道。
      
			

			
        
      
			
      
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