细胞能够表现出惊人复杂的行动能力,必须自主决定是否生长增殖、休眠、特化、衰老或死亡。这一规律既适用于哺乳动物细胞,也适用于看似简单的微生物。
细胞不仅接收外部信号,还依赖内部信号(如细胞年龄或可用能量水平)做出决策。为获取完整信息,细胞内各处的分子需聚集形成不同稠度的聚集体,其状态介于液态、凝胶态或固态之间。科学家将这些细胞信息处理中心称为"凝聚体"。
决策形成的聚集体
此前学界尚不清楚凝聚体如何具体参与细胞信息交换。苏黎世联邦理工学院伊夫·巴勒尔教授团队在酵母细胞中揭示了其作用机制,相关成果近期发表于《分子细胞》期刊。
研究者聚焦细胞衰老过程,以探究分子聚集体对酵母细胞决策的影响。"细胞衰老可独立于环境发生,这使其成为理想研究对象,"该研究第一作者、巴勒尔团队博士后汤姆·佩斯凯特解释道。
两类凝聚体必须协同作用
通过微流控技术操控微量液体,研究者捕获单个酵母细胞,并借助光学显微镜观察其分裂衰老过程——细胞通常在三至四天后死亡。研究发现,随着细胞年龄增长,特定蛋白凝聚体(即P小体与Whi3凝聚体)在细胞内逐渐形成。
实验证实,这两类凝聚体通过结合RNA分子并抑制细胞分裂周期相关蛋白的生成,共同阻止老年细胞继续分裂。"若破坏其中任一凝聚体,细胞将持续分裂至高龄,"佩斯凯特指出。为验证凝聚体互作的重要性,研究者人工诱导Whi3凝聚体形成,导致细胞提前进入衰老状态。
"这明确表明蛋白质聚集直接影响细胞终止生命活动的决策。"
苏黎世联邦理工学院教授 伊夫·巴勒尔
但该效应仅在同时存在Whi3凝聚体与P小体的细胞中显现。"两类凝聚体的互作至关重要,"巴勒尔总结道。
主动终止交配决策
凝聚体还主导了细胞放弃交配尝试的决策。年轻酵母细胞通过释放特定信息素相互信号传递进行交配:一旦检测到对方,即停止分裂并形成交配突起以实现细胞融合。此前学界认为老年酵母细胞已丧失繁殖能力,无法响应信息素。
ETH研究者发现,老年细胞实际能感知信息素,却迅速终止交配尝试。"此决策归因于凝聚体。若阻止其形成,老年细胞将如年轻细胞般正常响应信息素,"巴勒尔强调。总体而言,凝聚体网络控制着两种截然不同的决策:终止细胞周期与规避老年交配。"凝聚体使细胞能评估自身年龄或潜在交配对象存在性,并据此调整行为,"巴勒尔解释道。该结果揭示了细胞全域分子如何通过凝聚体互作交换关键信息,"如同组建分子委员会来指挥细胞决策,"佩斯凯特补充道。
许多细胞决策对人类有害——例如癌细胞选择快速增殖,细菌在接触抗生素后进入休眠状态并伺机复发感染,或衰老过程中干细胞停止新生导致伤口愈合延迟。"研究结果提示了干预此类决策的新途径。但开发特异性靶向凝聚体的药物仍需深入探索,方能将知识应用于临床,"巴勒尔强调。
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