發(fā)現(xiàn)用于藻類大小控制的細(xì)胞計(jì)數(shù)機(jī)制與癌癥遺傳學(xué)有關(guān)

Donald Danforth植物科學(xué)中心的準(zhǔn)成員James Umen博士及其同事發(fā)現(xiàn)了一種能夠使單細(xì)胞綠藻Chlamydomonas計(jì)數(shù)細(xì)胞分裂的蛋白質(zhì)，這一過(guò)程對(duì)其細(xì)胞保持最佳大小至關(guān)重要。。這項(xiàng)研究結(jié)果于3月25日發(fā)表在一篇名為“在衣原體中新的細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶，將細(xì)胞大小與細(xì)胞分裂相結(jié)合”的論文發(fā)表在開(kāi)放獲取期刊eLife中。Umen和他的團(tuán)隊(duì)包括主要作者，博士后科學(xué)家Yubing Li和研究生Dianyi Liu，他們發(fā)現(xiàn)了一種名為CDKG1的“sizer”蛋白，它可以幫助Chlamydomonas統(tǒng)計(jì)細(xì)胞分裂。

與細(xì)胞增殖的教科書(shū)范例不同，細(xì)胞增殖的大小加倍，然后立即分裂成兩個(gè)新的女兒，衣藻和許多綠藻親屬的細(xì)胞在開(kāi)始分裂之前可以放大十倍以上。

“如果他們只是在增長(zhǎng)過(guò)大之后只分裂一次，他們就會(huì)繼續(xù)變大，最終會(huì)長(zhǎng)大并死亡，”Umen說(shuō)。“ Chlamydomonas通過(guò)連續(xù)幾次快速分裂直到其子細(xì)胞減少到適當(dāng)大小然后準(zhǔn)備再次開(kāi)始生長(zhǎng)來(lái)解決這個(gè)尺寸控制問(wèn)題。難題是衣藻母細(xì)胞如何確定它們的大小并計(jì)算出適當(dāng)?shù)臄?shù)量。分裂數(shù)量。“

該論文描述了細(xì)胞在即將開(kāi)始分裂之前產(chǎn)生有限量CDKG1的過(guò)程。最初，CDKG1的濃度很高，但每一輪的分裂，其中一些被分解，其余部分被分成女兒，每個(gè)女兒接受的母親CDKG1不到一半。到最后一輪分裂時(shí)，每個(gè)細(xì)胞的CKDG1數(shù)量已降至幾乎檢測(cè)不到的水平。

研究小組發(fā)現(xiàn)，分裂前細(xì)胞生長(zhǎng)的越大，產(chǎn)生的CDKG1越多，分裂的次數(shù)就越多。基于這些觀察結(jié)果，Umen和同事假設(shè)CDKG1可能像一個(gè)計(jì)量器或標(biāo)尺，使細(xì)胞能夠通過(guò)將CDKG1的量與母細(xì)胞大小相結(jié)合來(lái)計(jì)算出適當(dāng)數(shù)量的分裂。因此，作者發(fā)現(xiàn)，當(dāng)細(xì)胞不能產(chǎn)生CDKG1時(shí)，它們會(huì)過(guò)早地停止分裂并最終變得過(guò)大，當(dāng)細(xì)胞被迫產(chǎn)生過(guò)量的CDKG1時(shí)，它們會(huì)經(jīng)歷額外的分裂而變得太小。

細(xì)胞分裂和大小控制是藻類生物量特性的基礎(chǔ)，其操作對(duì)提高下一代藻類生物燃料作物的產(chǎn)量至關(guān)重要; 但CDKG1的發(fā)現(xiàn)以及它如何幫助細(xì)胞計(jì)數(shù)分裂的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了發(fā)現(xiàn)它的綠藻。作者發(fā)現(xiàn)，CDKG1類似于一種名為CDK4 / 6的人類蛋白質(zhì)，可刺激細(xì)胞增殖，其活性在癌癥中經(jīng)常被錯(cuò)誤調(diào)節(jié)。直到最近，人們認(rèn)為CDK4 / 6樣蛋白僅限于復(fù)雜的多細(xì)胞生物，如動(dòng)物。在單細(xì)胞藻類中尋找與CDK4 / 6類似的蛋白質(zhì)不僅迫使人們重新思考這些蛋白質(zhì)在進(jìn)化過(guò)程中何時(shí)以及如何產(chǎn)生，而且為研究細(xì)胞分裂的遺傳機(jī)制開(kāi)辟了新的機(jī)會(huì)。比以前想象的更深層次的控制。

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