细胞生长速率——重塑细胞命运决定格局

中国科学院深圳先进技术研究所FU Xiongfei 教授领导的研究小组揭示了全球调控因子——细胞生长速率如何重塑细胞命运决定格局。

　　

   

   

细胞生长诱导的分叉和细胞命运的决定

基因和它们之间的调节关系创造了决定细胞分化轨迹的复杂网络。然而，利用网络拓扑结构自下而上地理解和预测细胞命运的决定过程仍然是一个很困难的问题。最近，中国科学院深圳先进技术研究院FU Xiongfei教授领导的研究小组揭示了全球调控因子——细胞生长速率如何重塑细胞命运决定格局。这项研究发表在3月23日的《Nature Chemical Biology》杂志上。

研究人员利用经典的合成遗传电路，即拨动开关，作为玩具模型来研究细胞生长速度对细胞表型状态的影响程度。他们发现，基因表达对生长速率变化的反应是不平衡的，导致在切换的可用表型状态之间的生长速率依赖的相变。

他们还分析了在各种生长条件下切换的双稳定性，揭示了稳态在细胞生长速率的临界值处分叉。他们量化了不同生长速度下的基因表达能力，并提出了一个数学模型，阐明了由基因表达和生长速度之间的不平衡关系引起的分歧。

该研究的通讯作者FU教授说:“为了进一步验证模型的能力，我们构造了具有调谐内禀参数的开关，并成功预测了它们的稳态特性。”

这种全球监管机制不依赖于特定的监管因素。它普遍存在于细胞命运决定网络中的任何基因中，并可以出现或编程具有时空顺序的新的基因表达模式。

FU教授说:“很难将生长速度等全球因素从细胞命运决定过程中分离出来。”他指出，生长速度可能会随着命运决定的结果而变化。“这是个先有鸡还是先有蛋的决定。”

然而，在定量合成生物学的帮助下，研究人员可以重建与宿主遗传网络绝缘的正交网络。通过这种方式，他们可以评估生长速度如何影响基因表达，以及它们如何促进细胞表型状态的分叉。

Unbalanced response to growth variations reshapes the cell fate decision landscape