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        細(xì)胞計算比率以控制基因表達(dá)
        
			
        
				2019-06-23 14:45:06
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        在多細(xì)胞動物中，細(xì)胞通過發(fā)射和接收蛋白質(zhì)進(jìn)行通信，這一過程稱為信號傳導(dǎo)。最常見的信號傳導(dǎo)途徑之一是轉(zhuǎn)化生長因子b(Tgf-b)途徑，其在所有動物物種的整個生命周期中起作用并調(diào)節(jié)許多生物過程，例如指導(dǎo)細(xì)胞如何分化 - 干細(xì)胞是否會變成例如，肌細(xì)胞或骨細(xì)胞。
        

        細(xì)胞計算比率以控制基因表達(dá)
        

        但細(xì)胞如何破譯這些信號并利用這些信息來指導(dǎo)基因表達(dá)呢?根據(jù)加州理工學(xué)院生物學(xué)助理教授Lea Goentoro實驗室的最新研究得出的答案：細(xì)胞進(jìn)行簡單的分裂。換句話說，他們做數(shù)學(xué)。
        

        該研究結(jié)果發(fā)表在4月4日的“美國國家科學(xué)院院刊”上的一篇論文中，與先前關(guān)于細(xì)胞如何解釋信號的假設(shè)相矛盾。這項工作由生物化學(xué)和分子生物物理學(xué)研究生克里斯托弗弗里克領(lǐng)導(dǎo)。
        

        “Tgf-b途徑中的功能障礙與許多類型的癌癥有關(guān)，這就是為什么研究細(xì)胞如何發(fā)揮作用，了解細(xì)胞如何利用這種途徑從環(huán)境中獲取信息并將其轉(zhuǎn)化為基因表達(dá)改變的原因。，“Goentoro說。“我們發(fā)現(xiàn)細(xì)胞能夠隨時間監(jiān)測某種蛋白質(zhì)的豐度，并以某種方式將Tgf-b信號后的豐度除以信號之前的豐度。然后細(xì)胞利用該比率相應(yīng)地調(diào)整基因表達(dá)。”
        

        細(xì)胞對Tgf-b信號的檢測觸發(fā)了一系列分子相互作用，最終導(dǎo)致Smad3蛋白豐度的變化。當(dāng)細(xì)胞遇到Tgf-β信號時，一種信使Smad3在細(xì)胞膜上被激活，并最終進(jìn)入細(xì)胞核，在那里它指導(dǎo)基因表達(dá)。生物學(xué)家普遍認(rèn)為，基因表達(dá)的變化程度取決于暴露于Tgf-β后產(chǎn)生多少Smad蛋白。
        

        為了研究Smad如何實時響應(yīng)Tgf-b，研究人員在單個細(xì)胞中制作了信號傳導(dǎo)過程的電影。他們發(fā)現(xiàn)該途徑并不像生物學(xué)家先前所認(rèn)為的那樣表現(xiàn)。在接觸到Tgf-b信號后，研究人員發(fā)現(xiàn)，Smad3確實像預(yù)期的那樣移動到細(xì)胞核。令人驚訝的是，每個細(xì)胞中Smad3的豐度顯著不同。然而，盡管Smad3濃度差異很大，但信號后Smad3的水平除以信號前的水平在每個細(xì)胞中都是一致的。
        

        這一觀察結(jié)果使研究人員假設(shè)細(xì)胞能以某種方式計算出這一比例，并且基因反應(yīng)與這種相對變化(稱為倍數(shù)變化)成比例，而不是與Smad3的豐度成正比。
        

        為了測試這一點，研究人員測量了細(xì)胞中的靶基因表達(dá)，并比較了它與Smad3豐度以及Smad3倍數(shù)變化的相關(guān)性。實際上，他們發(fā)現(xiàn)靶基因表達(dá)僅取決于Smad3的比例而不取決于細(xì)胞Smad3的含量。
        

        “在這項工作之前，試圖表征腫瘤特性的研究人員可能會從中獲取切片并測量細(xì)胞中Smad的總量，”Goentoro說。“我們的結(jié)果表明，要了解這些細(xì)胞，必須測量Smad隨時間的變化。”
        

        “這個結(jié)果是非直觀的：很容易想象細(xì)胞如何通過增加Smad3的豐度來增加靶基因的表達(dá)，”弗里克說。“因此，我們中的許多人曾預(yù)期Smad3的豐度會根據(jù)Tgf-β信號進(jìn)行調(diào)整。相比之下，這些細(xì)胞調(diào)節(jié)的是Smad3豐度變化的比例?，F(xiàn)在最大的問題是：如何一個細(xì)胞計算這個比例然后相應(yīng)地調(diào)整基因表達(dá)嗎?“
        
			

			
          
        
			
        
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