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生物学家回答关于细胞大小的基本问题

导读麻省理工学院的生物学家找到了一个基本生物学问题的答案:为什么给定类型的细胞大小相同?在人类中,细胞大小可以改变100多倍,从微小的红

麻省理工学院的生物学家找到了一个基本生物学问题的答案:为什么给定类型的细胞大小相同?

在人类中,细胞大小可以改变100多倍,从微小的红细胞到大的神经元。然而,在每种细胞类型中,与标准大小的偏差非常小。在酵母研究中,麻省理工学院的研究人员将细胞培养到正常大小的10倍,发现它们的DNA无法满足产生足够蛋白质来维持正常细胞功能的需求。

此外,研究人员发现,这种蛋白质缺乏导致细胞进入一种称为衰老的非分裂状态,这表明细胞会随着年龄的增长而衰老。

“有很多假说试图解释为什么会衰老,我认为这些数据为衰老提供了一个美丽而简单的解释,”生物系柯蒂斯大理石教授凯瑟琳和安吉利卡阿蒙说。科赫综合癌症研究所成员。

阿蒙是这项研究的资深作者,这项研究发表在2月7日的《细胞》网络版上。麻省理工学院博士后Gabriel Neurohr是这篇论文的主要作者。

太大的

为了找出为什么细胞大小受到如此严格的控制,研究人员修改了对细胞分裂至关重要的基因,以防止酵母细胞分裂,从而使其在一定温度下关闭。这些细胞继续生长,但它们不能分裂,也不能复制它们的脱氧核糖核酸。

研究人员发现,随着细胞的扩大,它们的DNA和蛋白质构建机器已经不能满足如此庞大细胞的需求。这种不能产生足够的蛋白质导致细胞质稀释和细胞分裂的破坏。研究人员认为,依赖于细胞分子的发现和相互作用的许多其他基本细胞过程,也可能在细胞过大时受到损害。

“理论模型预测稀释细胞质会降低反应速度。每一个化学反应都会发生得更慢,某些蛋白质的某些阈值浓度可能达不到,所以有些反应永远不会发生,因为浓度更低,”Neurohr说。

研究人员表明,有两组染色体的酵母细胞在衰老前只能比只有一组染色体的酵母细胞生长两倍,这表明细胞中的DNA量是细胞容量的限制因素。长大吧。

对人类细胞的实验产生了类似的结果:在对人类成纤维细胞的研究中,研究人员发现,迫使细胞生长到过大的尺寸(正常尺寸的八倍)会破坏许多功能,包括细胞分裂。

年龄相关疾病

阿蒙说,过度生长可能在衰老的发展中起主要作用,衰老发生在许多类型的哺乳动物细胞中,被认为会导致与年龄相关的器官功能障碍和慢性与年龄相关的疾病。

衰老细胞通常比年轻细胞大。这项研究表明,不受抑制的细胞生长会导致衰老,这为这一观察提供了一个可能的解释。人体在整个生命过程中往往会有轻微的生长,因为每次细胞分裂时,都会检查DNA损伤,如果发现有细胞,在修复时就会停止分裂。在每一次延迟中,细胞都会稍微变大。

阿蒙说:“在细胞的整个生命周期中,分裂越多,受伤的可能性就越高,随着时间的推移,细胞会越来越大。“最终它们变得如此之大,以至于开始稀释对扩散至关重要的关键因素。”

一个尚未解决的问题是如何保持不同类型细胞的适当大小,研究人员现在希望进行进一步的研究。

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