教科书上的问题:细胞如何知道自己的大小？

细胞如何判断自己的大小并知道何时停止分裂?这项研究通过反向处理这个问题提供了一个新的答案。

　　

 

   

图片:新的研究描述了细胞如何判断自己的大小，以知道何时停止分裂。

图片来源:达特茅斯学院Amodeo实验室。

科学家们已经寻找了数年，以了解细胞如何测量它们自己的大小。细胞大小至关重要。它是调节生长中的有机体细胞分裂的物质。当微观结构扩大一倍时，它们就分裂了。一个细胞变成两个细胞。两个单元格变成四个。这个过程不断重复，直到一个有机体有足够的细胞。然后停止。或者至少应该是这样。

导致细胞分裂在正确的时间停止的完整的事件链一直困扰着科学家们。这个问题不仅是教科书上的问题，还涉及到严重的医学挑战:细胞过早停止分裂会导致正在生长的有机体出现缺陷。不受控制的细胞生长会导致癌症或其他疾病。

达特茅斯学院发表在《当代生物学》(Current Biology)杂志上的一项研究通过反向解决这个问题，为这个问题提供了新的答案:该研究关注的是大型细胞，它们通过分裂缩小体积，直到形成足够多的细胞，进入其他发育阶段。

“早期胚胎是研究细胞大小控制的理想场所，”达特茅斯大学生物学助理教授、首席研究员Amanda Amodeo说。“我们研究的细胞是肉眼可见的卵子。它们在分裂前不需要生长，所以我们可以看到成年细胞中隐藏的连接。”

根据这项研究，在受精之前，一定数量的组蛋白H3被载入胚胎，并在胚胎分裂成更多的细胞时消耗掉。当组蛋白被消耗以适应越来越多的细胞核时，它们释放酶Chk1与另一种蛋白质CDC25结合，以阻止细胞的增殖。

这项研究是技术性的，但其机制相对简单:随着组蛋白H3在生长细胞中消失，停止酶Chk1发现并禁用了触发细胞周期进程的蛋白质CDC25。

达特茅斯大学的博士后研究员、论文第一作者Yuki Shindo说:“我们研究结果的关键是提出了一种可能性，即异常大量的组蛋白H3可能会进入停止酶。一旦我们注意到这一点，我们就能够在我们的活体试管——果蝇卵——中测试这个想法。”

这项新研究建立在早期研究的基础之上，早期研究发现，在基因组大小和细胞大小之间存在一个生物常数。研究人员知道一旦达到一个平衡点，细胞就会停止复制，但他们不明白细胞是如何决定这个比例的。

为了找到这个长期存在的问题的答案，研究小组研究了果蝇的卵。由于它们的体积比其他细胞大，研究小组能够从不同的角度观察细胞周期。

Amodeo说:“我们收集了这些碎片很多年了，但一直没能把它们拼在一起。一旦我们认识到H3与DNA和Chk1直接相互作用，我们的工作就进行得非常快，第一次一切都成功了，这是一个好迹象，说明假说是正确的。”

由于控制细胞分裂的相同分子——组蛋白H3、CDC25和Chk1——都在癌症和其他疾病中被发现，这一发现可以帮助研究人员寻找与发育和疾病相关的问题的答案。

Shindo说:“我们最初好奇的是一个基本的生物学问题，即生长中的卵细胞如何在正确的时间做出停止的决定。我们现在很兴奋，我们的发现可能对疾病等更广泛的背景也有重要的意义。”

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