細(xì)胞如何知道何時(shí)分裂?我們知道數(shù)百個(gè)基因有助于與細(xì)胞分裂相關(guān)的活動(dòng)波，但是為了產(chǎn)生這種波，新的研究表明，細(xì)胞必須首先生長(zhǎng)到足以產(chǎn)生足夠量的四種關(guān)鍵蛋白。今天發(fā)表在Cell Systems上的這項(xiàng)研究提供了一條控制細(xì)胞生長(zhǎng)和分裂之間平衡的途徑，這種研究涉及無(wú)數(shù)疾病，包括癌癥。

“多年來(lái)，我們已經(jīng)知道細(xì)胞必須在細(xì)胞分裂之前達(dá)到一個(gè)大小閾值，但細(xì)胞如何知道它們何時(shí)達(dá)到這個(gè)閾值一直是個(gè)謎，”第一作者Catherine Royer和蒙特利爾大學(xué)的Mike Tyers說(shuō)。Royer是倫斯勒理工學(xué)院生物科學(xué)系的生物計(jì)算和生物信息學(xué)星座教授和教授，以及倫斯勒生物技術(shù)和跨學(xué)科研究中心(CBIS)的成員。“有些東西設(shè)定了門檻，有些東西可以感知它。這項(xiàng)研究確立了這種核心機(jī)制背后酵母細(xì)胞的機(jī)制。”

該研究還解決了為什么能夠進(jìn)入營(yíng)養(yǎng)貧乏環(huán)境的細(xì)胞分裂較小的問(wèn)題。這兩項(xiàng)發(fā)現(xiàn)都與所需的四種關(guān)鍵蛋白的豐度有關(guān)。

“許多疾病包括異常細(xì)胞大小和生長(zhǎng)的因素，目前我們幾乎沒(méi)有辦法控制細(xì)胞生長(zhǎng)的這些方面，”CBIS主任Deepak Vashishth說(shuō)。“這項(xiàng)研究標(biāo)志著一種明確的目標(biāo)，即轉(zhuǎn)錄因子可以改變這種結(jié)果。這是轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)如何在倫斯勒開始的一個(gè)明顯例子。”

Royer和她的團(tuán)隊(duì)，包括來(lái)自倫斯勒和蒙特利爾大學(xué)的研究，檢查了酵母細(xì)胞，它們通過(guò)萌芽分裂。與大多數(shù)細(xì)胞一樣，酵母細(xì)胞必須首先合成必需的資源并在大小上生長(zhǎng)，細(xì)胞周期階段稱為G1。在G1結(jié)束時(shí)必須激活大約200個(gè)基因，研究小組檢查了5種蛋白質(zhì) - 轉(zhuǎn)錄因子SBF和MBF，轉(zhuǎn)錄抑制因子Whi5，以及G1細(xì)胞周期蛋白Cin1和Cin2--它們共同需要啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄200基因。

研究人員使用粒子計(jì)數(shù)技術(shù)測(cè)量細(xì)胞中大小中存在的五種蛋白質(zhì)中每種蛋白質(zhì)的絕對(duì)濃度。該技術(shù)依賴于創(chuàng)建非常小的光學(xué)體積并掃描“數(shù)量和亮度”顯微鏡以收集關(guān)于選定體積的細(xì)胞中熒光標(biāo)記的蛋白質(zhì)發(fā)出的光的數(shù)據(jù)?；谄骄鈴?qiáng)度和光強(qiáng)度波動(dòng)之間的關(guān)系的計(jì)算揭示了該體積中的分子數(shù)量。

Royer發(fā)現(xiàn)，隨著細(xì)胞大小的增加，所檢測(cè)的五種蛋白質(zhì)中的四種蛋白質(zhì)的分子達(dá)到足以結(jié)合蛋白質(zhì)控制的200種基因上估計(jì)的400個(gè)結(jié)合位點(diǎn)的數(shù)量。當(dāng)細(xì)胞長(zhǎng)到足以使結(jié)合位點(diǎn)飽和時(shí)，觸發(fā)了對(duì)分裂的承諾。

“在一個(gè)小細(xì)胞中，它們不足以與所有位點(diǎn)結(jié)合。隨著細(xì)胞的生長(zhǎng)，濃度保持不變，但在較大的細(xì)胞中具有相同的濃度意味著有更多的分子，并且最終足以綁定到可用的網(wǎng)站，“羅耶說(shuō)。“事實(shí)證明，這個(gè)系統(tǒng)是一種簡(jiǎn)單的滴定機(jī)制。它是非常簡(jiǎn)單的生物化學(xué)。”

該團(tuán)隊(duì)在生長(zhǎng)培養(yǎng)基中培養(yǎng)細(xì)胞 - 一種旨在支持酵母細(xì)胞生長(zhǎng)的液體 - 具有不同種類的營(yíng)養(yǎng)素。當(dāng)研究小組檢查在營(yíng)養(yǎng)不良的培養(yǎng)基中培養(yǎng)的細(xì)胞時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)這些細(xì)胞“上調(diào)”，在細(xì)胞大小的情況下產(chǎn)生更多的四種關(guān)鍵蛋白分子，因此引發(fā)了對(duì)更小尺寸分裂的承諾。該發(fā)現(xiàn)解釋了為什么在營(yíng)養(yǎng)貧乏的環(huán)境中生長(zhǎng)的細(xì)胞體積較小。

“這是違反直覺(jué)的，但在某種程度上，這是有道理的，”羅耶說(shuō)。“如果你是一個(gè)酵母細(xì)胞，并且你處于一個(gè)營(yíng)養(yǎng)貧乏的環(huán)境中，你最好的選擇是殖民地而不是個(gè)體的存活。所以你分成一個(gè)較小的尺寸來(lái)支持殖民地。”

“G1 / S轉(zhuǎn)錄因子拷貝數(shù)是酵母中細(xì)胞周期承諾的生長(zhǎng)依賴性決定因素”出現(xiàn)在Cell Systems中。繼續(xù)研究將通過(guò)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)資助。