密歇根大學(xué)生命科學(xué)研究所的研究人員已經(jīng)確定了一種新型的快速反應(yīng)防御機(jī)制，它有助于保護(hù)細(xì)胞免受環(huán)境壓力，同時(shí)為慢速，眾所周知的保護(hù)系統(tǒng)提供行動(dòng)時(shí)間。“這就像第一響應(yīng)者在較大的響應(yīng)團(tuán)隊(duì)動(dòng)員時(shí)匆忙發(fā)出警報(bào)，”Natsuko Jin說，他是LSI教員Lois Weisman實(shí)驗(yàn)室的博士后研究員，也是一項(xiàng)研究的主要作者，該研究計(jì)劃于6月21日在期刊上發(fā)表。細(xì)胞生物學(xué)。

通常，當(dāng)細(xì)胞處于壓力下時(shí)，適應(yīng)機(jī)制就會(huì)起作用。它們觸發(fā)轉(zhuǎn)錄機(jī)制，通過基因表達(dá)，細(xì)胞產(chǎn)生新的蛋白質(zhì)以應(yīng)對(duì)壓力并使自身保持活力。

在酵母中，通常用于研究基礎(chǔ)細(xì)胞生物學(xué)的單細(xì)胞生物體，也觀察到更快的反應(yīng)類型 - 信號(hào)脂質(zhì)的產(chǎn)生中的即時(shí)和短暫的峰值，通常僅在極少量的情況下才能看到。

當(dāng)科學(xué)家們使酵母產(chǎn)生這種快速反應(yīng)的能力短路時(shí)，酵母就會(huì)以災(zāi)難性的速度死于環(huán)境壓力。

“這是第一次確定比基因表達(dá)更快的早期保護(hù)途徑，”Jin說。“由于許多關(guān)鍵參與者已經(jīng)通過進(jìn)化保存到人和其他哺乳動(dòng)物中，我們的研究表明這種和其他類型的早期保護(hù)途徑可能更廣泛地存在，并且它們可能對(duì)不同類型的細(xì)胞應(yīng)激作出反應(yīng)。”

在這項(xiàng)研究中，將酵母置于高濃度鹽的環(huán)境中 - 科學(xué)家稱之為高滲透壓。在幾分鐘內(nèi)，每個(gè)細(xì)胞通過引發(fā)信號(hào)級(jí)聯(lián)來響應(yīng)，該信號(hào)級(jí)聯(lián)激活關(guān)鍵蛋白激酶-Hog1-其從細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞核，在那里它促進(jìn)基因表達(dá)的變化?；虮磉_(dá)的這些變化需要30分鐘到1小時(shí)才能開始產(chǎn)生效果，最多需要2小時(shí)才能完全激活。

與此同時(shí)，研究人員還觀察到一種稱為PI3,5P2的信號(hào)傳導(dǎo)脂質(zhì)的急劇，即時(shí)尖峰，這種脂質(zhì)由酵母中稱為液泡的細(xì)胞器產(chǎn)生。酵母液泡類似于復(fù)雜生物體中的溶酶體。

“在一分鐘之內(nèi)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)這種脂質(zhì)的高度增加了5倍，”該研究的資深作者，密歇根大學(xué)醫(yī)學(xué)院細(xì)胞與發(fā)育生物學(xué)教授韋斯曼說。“在五分鐘內(nèi)，它增加了20倍。然后，如果沒有我們對(duì)細(xì)胞做任何其他事情，它就會(huì)平穩(wěn)下降。”

當(dāng)常規(guī)酵母被放入這種高鹽或高滲環(huán)境中4小時(shí)時(shí)，大多數(shù)都做得很好。

當(dāng)研究人員使用遺傳操作來敲除產(chǎn)生Hog1的眾所周知的長(zhǎng)期反應(yīng)途徑時(shí)，30%的細(xì)胞死亡。

“盡管如此，70%的人還是很好，”韋斯曼說。

但當(dāng)他們?nèi)∠?xì)胞產(chǎn)生PI3,5P2的能力時(shí)，80%死亡。

“所以我們知道它在基因表達(dá)開始之前做了一些保護(hù)措施，”她說。“如果他們沒有，大多數(shù)人都死了。”

Jin說，究竟PI3,5P2如何向細(xì)胞傳遞益處尚不清楚。目前的研究檢查了信號(hào)傳導(dǎo)脂質(zhì)的上游調(diào)節(jié)因子，并證明它們?cè)跁r(shí)間和空間上與Hog1途徑的作用不同。

她還說，雖然PI3,5P2在高滲條件下出現(xiàn)的觀察可以追溯到20世紀(jì)90年代后期，但其作用以前并不清楚。Jin的調(diào)查始于了解導(dǎo)致尖峰的原因及其可能發(fā)揮的生理作用。