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研究人员揭开细胞竞争的秘密

由于多细胞生命依赖于细胞间的相互作用,因此这并不总是和平也就不足为奇了:具有较高适应度的细胞通过细胞竞争消除了适应度较低的细胞。细胞竞争已成为一种质量控制机制,当细胞彼此之间存在遗传或其他差异时,就会发生这种竞争。在哺乳动物中,已经观察到细胞竞争的过程,例如在癌症中、器官稳态期间以及作为选择胚胎和成体中最适合细胞的过程的发育过程中。然而,区分“赢家”和“输家”细胞的特征以及在各种生物环境中是否存在细胞竞争的关键决定因素仍然难以捉摸。

消除“失败者”细胞的秘诀

研究小组发现,失去竞争的细胞的特征是线粒体有缺陷,并且在小鼠胚胎中,它们的特征是线粒体基因组的序列变化。他们的工作发表在《自然代谢》杂志上。“我们的工作表明,线粒体活性的差异是广泛系统中竞争性细胞适应性的关键决定因素。特别是,我们发现线粒体中的遗传缺陷是小鼠胚胎中‘失败者’细胞的特征,”Antonio Scialdone 说。文章的通讯作者。

更详细地说:在原肠胚形成期间制定基本的身体计划之前,小鼠胚胎利用细胞竞争来摆脱不合适的外胚层细胞。研究人员使用单细胞 RNAseq(一种特定的测序技术)比较了用细胞死亡抑制剂处理的胚胎中的细胞与未经处理的小鼠胚胎中的细胞。通过应用机器学习算法,他们可以识别“失败者”细胞的基因表达特征,并发现这些细胞的线粒体有缺陷,并以其线粒体基因组的序列变化为标志。“很高兴看到我们的计算流程如何能够从单细胞 RNAseq 数据集中提取如此重要的信息,”文章的共同第一作者 Gabriele Lubatti 说。

关于“失败者”细胞在小鼠胚胎中的样子的信息使他们能够确定“失败者”细胞的身份。通过分析其他细胞竞争模型中的线粒体活性,他们可以确定线粒体功能障碍是不同“失败者”细胞的共同特征,而线粒体 DNA 的微小变化足以驱动细胞竞争。

未来的工作

这项研究表明,在细胞之间发生竞争的各种环境中,线粒体活性可能是细胞健康的关键决定因素。环境变化可以强烈影响新陈代谢,线粒体在这个过程中起着核心作用。因此,响应某些环境因素的线粒体基因组中的细胞竞争和相关缺陷可能导致特定基因型(“赢家”细胞)的出现。这意味着细胞竞争可能是环境和基因型之间的直接联系,这将是进一步探索的有趣之处。

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