新發(fā)現(xiàn)的保護(hù)機(jī)制是細(xì)胞應(yīng)激的第一反應(yīng)者
密歇根大學(xué)生命科學(xué)研究所的研究人員已經(jīng)確定了一種新型的快速反應(yīng)防御機(jī)制,它有助于保護(hù)細(xì)胞免受環(huán)境壓力,同時(shí)為慢速,眾所周知的保護(hù)系統(tǒng)提供時(shí)間。
“這就像是第一響應(yīng)者在較大的響應(yīng)小組動(dòng)員時(shí)匆忙發(fā)出警報(bào),”Natsuko Jin說(shuō),他是LSI教員Lois Weisman實(shí)驗(yàn)室的博士后研究員,也是一項(xiàng)研究的主要作者,該研究計(jì)劃于6月21日在期刊上發(fā)表。細(xì)胞生物學(xué)。
通常,當(dāng)細(xì)胞處于壓力下時(shí),適應(yīng)機(jī)制就會(huì)起作用。它們觸發(fā)轉(zhuǎn)錄機(jī)制,通過(guò)基因表達(dá),細(xì)胞產(chǎn)生新的蛋白質(zhì)以應(yīng)對(duì)壓力并使自身保持活力。
在酵母中,通常用于研究基礎(chǔ)細(xì)胞生物學(xué)的單細(xì)胞生物體,也觀察到更快的反應(yīng)類型 - 信號(hào)脂質(zhì)的產(chǎn)生中的即時(shí)和短暫的峰值,其通常僅以微小的量觀察到。
當(dāng)科學(xué)家們將酵母產(chǎn)生這種快速反應(yīng)的能力短路時(shí),酵母就會(huì)以災(zāi)難性的速度屈服于環(huán)境壓力。
“這是第一次確定比基因表達(dá)更快的早期保護(hù)途徑,”Jin說(shuō)。“由于許多關(guān)鍵參與者已經(jīng)通過(guò)進(jìn)化保存到人和其他哺乳動(dòng)物中,我們的研究表明這種和其他類型的早期保護(hù)途徑可能更廣泛地存在,并且它們可能對(duì)不同類型的細(xì)胞應(yīng)激作出反應(yīng)。”
在這項(xiàng)研究中,將酵母放入高濃度鹽的環(huán)境中 - 科學(xué)家稱之為高滲透壓。在幾分鐘內(nèi),每個(gè)細(xì)胞通過(guò)引發(fā)信號(hào)級(jí)聯(lián)來(lái)響應(yīng),該信號(hào)級(jí)聯(lián)激活關(guān)鍵蛋白激酶-Hog1-其從細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞核,在那里它促進(jìn)基因表達(dá)的變化?;虮磉_(dá)的這些變化需要30分鐘到1小時(shí)才能開(kāi)始產(chǎn)生效果,最多需要2小時(shí)才能完全激活。
與此同時(shí),研究人員還觀察到稱為PI3,5P2的信號(hào)脂質(zhì)的尖銳,立即尖峰,這是由酵母中稱為液泡的細(xì)胞器產(chǎn)生的。酵母液泡與復(fù)雜生物體中的溶酶體相似。
“在一分鐘之內(nèi),你會(huì)發(fā)現(xiàn)這種脂質(zhì)的高度增加了5倍,”該研究的資深作者,密歇根大學(xué)醫(yī)學(xué)院細(xì)胞與發(fā)育生物學(xué)教授韋斯曼說(shuō)。“在五分鐘之內(nèi),它增加了20倍。然后,沒(méi)有我們對(duì)細(xì)胞做任何其他事情,它就會(huì)平穩(wěn)下降。”
當(dāng)常規(guī)酵母被放入這種高鹽或高滲環(huán)境中4小時(shí)時(shí),大多數(shù)都做得很好。
當(dāng)研究人員使用遺傳操作來(lái)敲除產(chǎn)生Hog1的眾所周知的長(zhǎng)期反應(yīng)途徑時(shí),30%的細(xì)胞死亡。
“盡管如此,70%做得還不錯(cuò),”韋斯曼說(shuō)。
但當(dāng)他們?nèi)∠?xì)胞產(chǎn)生PI3,5P2的能力時(shí),80%死亡。
“所以我們知道它在基因表達(dá)開(kāi)始之前做了一些保護(hù)措施,”她說(shuō)。“如果他們沒(méi)有,大多數(shù)人都死了。”
Jin說(shuō),究竟PI3,5P2如何為細(xì)胞傳遞益處尚不清楚。目前的研究檢查了信號(hào)傳導(dǎo)脂質(zhì)的上游調(diào)節(jié)因子,并證明它們?cè)跁r(shí)間和空間上與Hog1途徑的作用不同。
她還說(shuō),雖然PI3,5P2在高滲條件下出現(xiàn)的觀察可以追溯到20世紀(jì)90年代后期,但其作用以前尚不清楚。Jin的調(diào)查始于了解導(dǎo)致尖峰的原因及其可能發(fā)揮的生理作用。
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