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新研究推翻了自1974年以来接受的细胞周期快照模型

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细胞有一个很大的决定:它们应该复制还是睡觉?健康细胞可以任一种方式前进。癌细胞的复制开关卡在“接通”位置。现在,由科罗拉多大学癌症中心研究人员在CU Boulder的BioFrontiers研究所工作的一项研究,今天在《科学》杂志上发表,颠覆了这些开关如何工作的传统观点-该模型自1974年以来就被接受,并已包括在当前教科书中。

许多生物系统已经进化出使其生殖行为适应周围环境的方法。以野生寒鸦为例-在生态系统资源有限的情况下,寒鸦孵化的卵较少。当然,寒鸦必须感知他们的生态系统才能做出这种调整。细胞做同样的事情,细胞表面的受体就像微小的抓手一样伸向细胞周围的生态系统,以观察它们能抓住什么。当一个特殊的受体/手抓住一个生长因子分子时,它会在细胞内传递信号,告诉细胞在细胞复制的整个周期中发起另一个传递。当缺乏这些生长因子时,细胞进入称为静止的睡眠样状态。

自1974年以来,科学家一直认为细胞决定在称为G1的细胞周期阶段仅在一个短窗口内复制或停顿,就好像细胞是根据周围环境的快照做出是否通过的决定一样。这项研究是由CU癌症中心研究员,CU博尔德系生物化学助理教授Sabrina Spencer博士实验室以及Spencer博士实验室的博士后研究员Ming Ming Min博士共同完成的。实际上,它们不必依靠快照来决定是否要复制-它更像是一部电影。

细胞正在不断整合生长因子的可用性。由于环境不断变化,因此有意义的是,细胞将在整个细胞周期内不断感知周围的环境,以使它们能够适当适应。”

但是不要怪70年代的科学家。快照对电影的误解是一项对新技术的功能。在20世纪70年代,科学家们无法看到单个活细胞,而是必须学习人群的细胞。为了研究生长因子如何影响细胞增殖,科学家必须通过去除生长因子使细胞进入静止状态来同步细胞,然后再添加生长因子以查看它们是否可以启动复制。他们发现的是一个“限制点”,此时消除生长因子将不再停止复制-似乎生长因子检测仅发生在G1的限制点之前。

Spencer是使用称为单细胞显微镜的新技术的先驱。基本上,她可以在开展业务时观看单个活动单元。这意味着她不再需要同步一组细胞,而可以观察整个复制周期中杂乱的细胞群中的单个细胞如何对这些生长因子作出反应。

她说:“人们先前发现的生物化学是正确的,但时机却不正确。” 在较早的实验中执行的同步操作消除了细胞先前对生长因子的经历(例如按下复位按钮),然后向这些复位细胞提供生长因子,使得它们似乎只感觉到生长因子G1期的限制点之前的生长因子。当前的细胞周期。但是Spencer不需要同步细胞,因此不需要通过限制生长因子来进行推重置。

她看到的是细胞记忆。

Spencer发现,细胞在整个前一个细胞周期都感觉到生长因子,因此,在前一个细胞周期中早一小时消除生长因子会导致选择在15小时后重新复制的细胞比例降低。

斯宾塞说:“细胞不仅要持续评估当前的生长因子信号,而且还要继续评估过去的生长因子信号。” “通常80%的细胞会进行复制,但是如果生长因子减少一小时,则下降到65%,经过三小时的下降到40%,经过六小时“只有10%到20%的人决定重新进入细胞周期。从基本科学的角度来看,这意味着它们具有记忆力。”

这种记忆似乎与细胞的蛋白质产生速率有关。当Spencer去除生长因子后,蛋白质的生产量急剧下降,随之而来的是一种重要的蛋白质,称为细胞周期蛋白D的生产,该蛋白在很大程度上控制了细胞周期的进入。使用较低的细胞周期蛋白D(也是抗癌药物的主要靶标),选择复制的细胞就更少了。

“我们认为基础科学相当令人兴奋。此外,在癌症方面,好消息是细胞对生长因子信号持续敏感-例如,在黑色素瘤等疾病中,您不必只击中G1中的细胞可阻止该循环。” Spencer说。“了解细胞何时关心接收这些信号,以及何时细胞对阻断这些信号的药物敏感,可以微调人们如何利用这些药物。”

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