北大研究员Science发表重要成果：致命的细胞错觉

　　

生物通报道：魔术师总是利用大脑的感知偏差，让观众产生错觉或者忽视他们的小花招。加州大学旧金山分校的研究团队发现，单细胞的酵母也会被精心设计的错觉迷惑，并因此而死亡。这项研究可以帮助人们开发新疗法，对抗包括癌症在内的多种疾病。

“感知和应答环境的能力是所有生物的基本属性，”文章的资深作者Wendell Lim博士说。“这一过程当然可能产生错觉，不论这种错觉是基于细胞内的分子感应器还是大脑中的神经元。”

Lim及其同事发现，酵母会将特定频率的压力模式（盐浓度振荡）看成大规模持续性的压力增涨，结果做出过度反应导致自身死亡。这项研究于十一月十九日发表在Science杂志上。Lim指出，这项研究为人们提供了看待单细胞感知能力的全新方式。细胞错觉的这种威力巨大，有望帮助人们更好的治疗疾病。

压力应答的频率

“我们一直致力于研究细胞对信息的解读。频率是所有通讯方式的关键，比如用声音交谈或是传递无线电信号。那么，细胞是否也使用这类信息呢？我们对此还知之甚少，”Lim说。

为了解决这一问题，Lim实验室的两名博士后魏平（Ping Wei）和Amir Mitchell建立了一个特殊的体系。魏平博士本科毕业于南开大学，在北京大学取得博士学位，然后在UCSF/HHMI进行博士后研究。现在是北京大学生命科学学院的研究员。

研究人员将酵母暴露在温和的压力条件下（少量增加环境中的盐分），并且以不同的频率在基础盐浓度和较高盐浓度之间来回振荡。（延伸阅读：Science：人类和酵母居然这么像）

正常情况下，酵母细胞内的感知分子检测盐浓度变化，并指挥细胞做出相应的应答，生产一种保护性的化合物。短暂的应答之后，酵母细胞会开开心心的继续生长，仿佛没有发生过什么变化。研究人员发现，每分钟或者每32分钟开关一次盐胁迫，酵母细胞都能很好的适应环境改变。但当他们尝试八分钟的盐浓度振荡时，细胞很快就停止生长，而且开始死亡。

“这令我们非常惊讶，”Mitchell说。“这些细胞应当能够处理这种水平的渗透压，但它们却完全忍受不了那个特定的频率。我们还从未看到过这样的情形。”

用错觉来对抗癌症？

研究人员对这种频率依赖的细胞毒性进行了深入研究。MAPK通路是酵母细胞的盐分感知系统，研究人员在计算机模拟和实验中改变了MAPK通路的分子路径，揭示了酵母细胞对盐浓度变化产生的误解。研究显示，MAPK通路的建立方式导致细胞将八分钟振荡解读为盐浓度的不断提高。结果酵母细胞的保护性应答过度激活，最终造成了细胞死亡。

“酵母细胞为什么会演化出这么奇怪的盐浓度振荡敏感性呢？”Mitchell解释道。“其实它们并没特意这样做，这种敏感性只是一个副作用。在酵母细胞中，介导上述压力应答的分子信号网络是为天然环境设计的，而天然环境的盐浓度通常是逐渐增加的。举例来说，当晨露慢慢蒸发的时候，葡萄上的酵母就面临盐浓度的缓慢增加。酵母总认为盐胁迫会越来越严重，这样的错觉成了它们的致命弱点。”

研究人员指出，其他细胞（包括人类细胞）也可能具有产生某种错觉的倾向性，可以用精心设计的错觉进行诱导。人类癌细胞应答化学生长因子的信号通路，与酵母感知压力的MAPK通路关系相当密切。研究这些细胞的感知错误有助于诱导癌细胞自杀，这种策略能够避免影响附近的健康细胞。

Lim相信这些发现对生物医学研究有广泛的启示，“和我们人类一样，细胞对自己习惯的天然环境模式也有偏好，因此容易出现错觉。理解这些偏好，我们就可以调整它们的行为。值得注意的是，时域（time domain）对细胞来说很重要。我们实施任何刺激（不论是盐浓度、药物还是光照）的时间模式对最终结果有很大的影响。”

 

生物通编辑：叶予

生物通推荐原文：Oscillatory stress stimulation uncovers an Achilles’ heel of the yeast MAPK signaling network