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生物学家回答有关细胞大小的基本问题

麻省理工学院的生物学家已经找到了一个基本生物学问题的答案:为什么给定类型的细胞大小相同?

在人类中,细胞大小可以变化超过100倍,从微小的红细胞到大的神经元。但是,在每种细胞类型中,与标准尺寸的偏差非常小。在酵母研究中,麻省理工学院的研究人员将细胞培养成正常大小的10倍,发现它们的DNA无法满足产生足够蛋白质维持正常细胞功能的需求。

此外,研究人员发现,这种蛋白质短缺导致细胞进入一种称为衰老的非分裂状态,这表明细胞随着年龄的增长会变得衰老。

“那里有很多假设试图解释为什么会发生衰老,我认为这些数据为衰老提供了一个美丽而简单的解释,”生物学系癌症研究中的Kathleen和柯蒂斯大理石教授Angelika Amon说。科赫综合癌症研究所的成员。

Amon是该研究的高级作者,该研究出现在2月7日的Cell网络版上。麻省理工学院博士后的Gabriel Neurohr是该论文的主要作者。

尺寸过大

为了探究为什么细胞大小如此严格控制,研究人员通过修改对细胞分裂至关重要的基因来防止酵母细胞分裂,从而可以在一定温度下关闭它。这些细胞继续生长,但它们不能分裂,并且它们没有复制它们的DNA。

研究人员发现,随着细胞的扩大,它们的DNA及其蛋白质构建机器无法满足这种大细胞的需求。这种产生足够蛋白质的失败导致细胞质的稀释和细胞分裂的破坏。研究人员认为,当细胞过大时,依赖于细胞分子发现和相互作用的许多其他基本细胞过程也可能受损。

“理论模型预测,稀释细胞质会降低反应速度。每次化学反应都会发生得更慢,某些蛋白质的某些阈值浓度可能无法达到,因此某些反应永远不会发生,因为浓度较低,”Neurohr说。

研究人员表明,具有两组染色体的酵母细胞在衰老之前只能生长到只有一组染色体的酵母细胞的两倍,这表明细胞中DNA的数量是细胞能力的限制因素。成长。

人体细胞的实验产生了类似的结果:在人类成纤维细胞的研究中,研究人员发现,迫使细胞生长到过大的尺寸(正常大小的8倍)会破坏许多功能,包括细胞分裂。

与年龄有关的疾病

Amon说,过度生长可能在衰老的发展中起主要作用,衰老发生在许多类型的哺乳澳门威尼斯人娱乐平台细胞中,并且被认为有助于与年龄相关的器官功能障碍和慢性年龄相关疾病。

衰老细胞通常比年轻细胞更大,这项研究显示,未经检查的细胞生长导致衰老,为这一观察提供了可能的解释。人体细胞在其整个寿命期间往往会略微增大,因为每次细胞分裂时,它都会检查DNA损伤,如果发现任何细胞,则在进行修复时停止分裂。在每次延迟期间,细胞增长稍大。

“在细胞的整个生命周期中,你所犯的分裂越多,你受到这种伤害的可能性就越高,而且随着时间的推移,细胞会越来越大,”阿蒙说。“最终他们变得如此之大,以至于他们开始稀释对扩散很重要的关键因素。”

一个尚未解决的难题是不同类型的细胞如何保持其细胞类型的适当大小,研究人员现在希望进一步研究。

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