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保持所有东西的比例:为什么细胞大小必须被控制

我们的身体含有大约37万万亿个细胞,这些细胞均以圆形脂肪细胞从圆形脂肪细胞到线器官和类似微观铺路板的细胞。但是,如果您专注于一个特定的细胞类型,则在整个人口中的细胞大小非常一致。这种狭窄的分布表明,控制我们细胞的大小是重要的,因为它对于调节内部体温至关重要。现在,一项研究发表在细胞也许能解释为什么规模如此重要。

在一种特定细胞类型的健康人群中展出的尺寸范围通常是狭窄的。如果像我一样,你曾经想过为什么你不能达到橱柜的顶部架子,而其他人可以轻松地进入饼干藏,这通常是因为那些更高的办公室伴侣生产更多的而不是像某些米其林人那样长得更大。事实上,细胞大小的改变与几种疾病有关;癌细胞可能比它们的同辈细胞要小。因此,保持细胞大小一致似乎很重要,尽管原因尚不清楚。

在实验室中,通过阻止细胞分裂来扰乱细胞大小是可能的。细胞分裂是一个细胞分裂产生两个子细胞的过程,从而允许细胞群增殖。这种增殖是他的同事Geoff长出足够长的手臂来持续刮蛋奶蛋糕的主要原因。细胞通常在分裂前增大,以确保两个新细胞继承足够的细胞机制来生存。这就像当你的孩子离开家时,满怀爱心地为他们准备工具箱,让他们面对第一个漏水的屋顶。如果你阻断分裂,无论是通过使用药物还是通过与细胞周期进程有关的蛋白质突变,细胞可能在不能一分为二的情况下生长。

最近发表的报告细胞已经利用这种方法来调查为什么调节细胞大小很重要[1]。研究人员通过突变密钥细胞周期蛋白来防止酵母细胞分开。通过施加细胞分裂的制动器,细胞开始膨胀,但不能分开或开始DNA复制。这种错误的增长导致了问题;科学家发现,一旦制动器释放,现在通过细胞周期释放时,通过细胞周期进展比其较小的对应物慢。

为了探讨为什么会发生这种情况,团队测量了这些被捕细胞的细胞体积和总蛋白质含量如何发生变化。他们发现,最初,蛋白质水平以细胞体积的相同速率增加 - 两种方法是颈部和颈部。然而,有一个点,细胞变得如此之大,因为它们的体积比蛋白质水平更快地增加。不知何故,蛋白质生产变得无法跟上膨胀细胞尺寸的步伐。这可能导致细胞蛋白质的稀释,可能会影响反应速率。想象一下,你和你的朋友放在房间里,蒙上眼睛,并且必须默默地走路,直到你找到彼此。你会在橱柜里找到比你在体育馆的柜子里更快地找到。类似地,在更大的细胞中稀释蛋白质使它们不太可能与其反应伙伴相互作用,也许可以解释较大的细胞的生命速度较慢。

但是,蛋白质产量首先导致蛋白质产量落后于细胞增长率?主要是,由于细胞体积增加,因此由于DNA水平因DNA水平而受到限制。当研究人员将酵母细胞的DNA含量加倍时,细胞在蛋白质稀释开始前生长到更大的尺寸;换句话说,它们的蛋白质产量能够以较长的时间延长其生长速度。

这个缩放问题以前已经被考虑过了。细胞是由几个称为“细胞器”的亚单位组成的,它们都发挥着不同的作用,包括产生蛋白质。其中一些细胞器能够根据细胞的大小“缩放”;也就是说,随着细胞的生长,细胞器也以相似的速度生长。就像那些受欢迎的儿童玩具在浸入水中后会均匀膨胀一样,细胞的多个部分也会因此成比例地增长。这种增长被称为“等距增长”。与细胞等距生长的细胞器的一个著名例子是细胞核。

然而,细胞器尺寸的增加并不总是对应于细胞器性能的增加。当然,线粒体是推出了一千MEMES的细胞器,大多数学生都知道它们是“细胞的强国”。accolade有一个充分的理由;线粒体产生ATP,用作能量源的分子驱动许多细胞的化学反应。已经表明,线粒体的数量随细胞体积增加。然而,它们仅在中间大小的细胞中实现了它们的最佳活性率。同样,这种最新研究表明,一旦DNA对细胞质比变得太低,蛋白质产量的速率不会与细胞大小缩放。最终,可能存在最佳的细胞尺寸,该比率适合于支持足够的蛋白质产生。

这种最佳大小可以解释为什么细胞会衰老(一种老年细胞无法继续正常分裂的状态)。由于过去细胞分裂积累的错误,这些老化的细胞比它们的年轻邻居更大。研究人员发现,衰老的酵母细胞表现得像他们人工创造的大型酵母细胞。他们甚至发现,人类成纤维细胞的增大使它们更容易衰老和停止分裂。这就增加了一种可能性,即一旦细胞体积增加到次优水平,细胞就会进入衰老。

在开始揭示为什么细胞大小控制如此重要时,这项研究提出了当这种调节出现问题时对我们的健康的影响。但关键是什么呢?好吧,记住要按比例来。

[1] Neurohr,Gabriel E.等。“细胞生长过多导致细胞质稀释并有助于衰老。”细胞(2019)。

关于作者:在牛津大学完成生物科学学士学位后,劳拉·汉金斯留在了牛津,在维康基金会的染色体和发育生物学博士项目中占有一席之地。作为默顿学院的一名研究生,她现在在Jordan Raff的实验室攻读博士学位,在那里她正在研究中心粒生物发生的过程,作为一个模型来理解细胞器生长是如何被调节的。

我们的评委Jennifer Rohn博士(@JennyRohn)对2019年比赛获胜者的评论:这是一个非常抽象的,难以描述的科学,被带到了生活中,并与一些美丽的文字相关。