摘要：細(xì)胞是如何適應(yīng)不斷變化的環(huán)境條件而快速生長(zhǎng)的呢?來(lái)自Würzburg的一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)的一項(xiàng)新研究為這個(gè)問(wèn)題提供了答案。
無(wú)論是單細(xì)胞生物、哺乳動(dòng)物、浮游生物還是紅杉，生長(zhǎng)是地球上所有生命的基本原則。生長(zhǎng)的起點(diǎn)通常是細(xì)胞:要實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，細(xì)胞必須在短時(shí)間內(nèi)將其成分和成分翻倍，這樣它才能分裂并開(kāi)始生長(zhǎng)。這背后的過(guò)程是復(fù)雜的，還沒(méi)有被破譯到最后的細(xì)節(jié)。然而，現(xiàn)在來(lái)自Würzburg的一個(gè)研究小組已經(jīng)成功地確定了這一過(guò)程中的一個(gè)關(guān)鍵機(jī)制。來(lái)自Julius Maximilian大學(xué)生物中心Würzburg (JMU)的Utz Fischer教授和來(lái)自Würzburg Helmholtz RNA感染研究所(HIRI)的J?rg Vogel教授在最新一期的《Cell Reports》雜志上發(fā)表了他們的研究成果。
圖1 細(xì)胞是如何適應(yīng)不斷變化的環(huán)境條件而快速生長(zhǎng)（圖源：[1]）
核糖體傳遞新的蛋白質(zhì)
“為了讓細(xì)胞生長(zhǎng)，它們必須產(chǎn)生大量的新蛋白質(zhì)。這發(fā)生在被稱為核糖體的細(xì)胞內(nèi)部的特殊工廠中，”JMU生物化學(xué)主任Utz Fischer解釋道。在每個(gè)人類細(xì)胞中，多達(dá)1000萬(wàn)個(gè)核糖體致力于這項(xiàng)任務(wù)。因此，細(xì)胞的大部分資源和能量?jī)?chǔ)備不僅用于蛋白質(zhì)的生產(chǎn)，而且首先用于核糖體本身的生產(chǎn)和維持。據(jù)認(rèn)為，這需要高達(dá)50%的細(xì)胞能量?jī)?chǔ)備，使核糖體生產(chǎn)成為細(xì)胞中“最昂貴”的過(guò)程。
當(dāng)然，細(xì)胞不能毫無(wú)理性地消耗如此大量的能量和原料。因此，它不斷地監(jiān)測(cè)它的環(huán)境，以確保在任何時(shí)候都有足夠的營(yíng)養(yǎng)和其他生長(zhǎng)刺激。一旦“供應(yīng)情況”惡化，它就會(huì)停止生長(zhǎng)并停止生產(chǎn)新的核糖體——但仍然會(huì)保持足夠多的核糖體供應(yīng)，以便在情況更好的時(shí)候能夠毫不拖延地再次生長(zhǎng)。
圖2 饑餓對(duì)轉(zhuǎn)譯效率和mRNA豐度的全面影響
中央指揮中心
這個(gè)過(guò)程的中心指揮所是所謂的mTORC1信號(hào)復(fù)合體，它是細(xì)胞的一種營(yíng)養(yǎng)傳感器。兩個(gè)研究實(shí)驗(yàn)室的聯(lián)合科學(xué)合作者、現(xiàn)在發(fā)表的研究的第一作者Cornelius Schneider博士解釋說(shuō):“關(guān)于營(yíng)養(yǎng)和其他生長(zhǎng)刺激的所有信息都匯聚在這個(gè)信號(hào)復(fù)合體上。”
基于這些信息，mTORC1協(xié)調(diào)細(xì)胞對(duì)變化的環(huán)境條件的反應(yīng)，并控制核糖體蛋白的產(chǎn)生。正如研究人員所展示的，它使用了另一種蛋白質(zhì)的幫助，這種蛋白質(zhì)的學(xué)名是LARP1。“mTORC1可以以這樣一種方式影響LARP1蛋白，在營(yíng)養(yǎng)缺乏的情況下，它會(huì)與位于所有核糖體蛋白質(zhì)mRNA起始位置的信號(hào)序列結(jié)合。這會(huì)導(dǎo)致蛋白質(zhì)產(chǎn)量的減少，”Schneider解釋道。打個(gè)比方，信使RNA是蛋白質(zhì)從細(xì)胞核到核糖體藍(lán)圖的轉(zhuǎn)運(yùn)體。
圖3 5'TOP mRNA的共遷依賴于LARP1并在長(zhǎng)時(shí)間饑餓期間維持
基本供給始終存在
雖然核糖體蛋白的生產(chǎn)減少到絕對(duì)最低限度，但它從來(lái)沒(méi)有完全關(guān)閉。“這意味著細(xì)胞可以在任何時(shí)候重新開(kāi)始產(chǎn)生大量核糖體。這使它能夠?qū)Σ粩嘧兓沫h(huán)境做出極其迅速的反應(yīng)，并從增長(zhǎng)轉(zhuǎn)向節(jié)能，”Utz Fischer說(shuō)。這樣，即使在較差的條件下，細(xì)胞也有可能始終保持一定的核糖體蛋白mRNA的基本供應(yīng)。
圖4 饑餓時(shí)5'TOP mRNA轉(zhuǎn)化為單體
這也與另一項(xiàng)發(fā)現(xiàn)相吻合:LARP1本身和mTORC1周圍的信號(hào)網(wǎng)絡(luò)在不同類型的癌癥中被解除調(diào)控，因?yàn)樗鼈兪菦Q定細(xì)胞生長(zhǎng)的中心。
參考資料：
[1] An unusual mode of baseline translation adjusts cellular protein synthesis capacity to metabolic needs.
摘要：細(xì)胞是如何適應(yīng)不斷變化的環(huán)境條件而快速生長(zhǎng)的呢?來(lái)自Würzburg的一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)的一項(xiàng)新研究為這個(gè)問(wèn)題提供了答案。
無(wú)論是單細(xì)胞生物、哺乳動(dòng)物、浮游生物還是紅杉，生長(zhǎng)是地球上所有生命的基本原則。生長(zhǎng)的起點(diǎn)通常是細(xì)胞:要實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，細(xì)胞必須在短時(shí)間內(nèi)將其成分和成分翻倍，這樣它才能分裂并開(kāi)始生長(zhǎng)。這背后的過(guò)程是復(fù)雜的，還沒(méi)有被破譯到最后的細(xì)節(jié)。然而，現(xiàn)在來(lái)自Würzburg的一個(gè)研究小組已經(jīng)成功地確定了這一過(guò)程中的一個(gè)關(guān)鍵機(jī)制。來(lái)自Julius Maximilian大學(xué)生物中心Würzburg (JMU)的Utz Fischer教授和來(lái)自Würzburg Helmholtz RNA感染研究所(HIRI)的J?rg Vogel教授在最新一期的《Cell Reports》雜志上發(fā)表了他們的研究成果。
圖1 細(xì)胞是如何適應(yīng)不斷變化的環(huán)境條件而快速生長(zhǎng)（圖源：[1]）
核糖體傳遞新的蛋白質(zhì)
“為了讓細(xì)胞生長(zhǎng)，它們必須產(chǎn)生大量的新蛋白質(zhì)。這發(fā)生在被稱為核糖體的細(xì)胞內(nèi)部的特殊工廠中，”JMU生物化學(xué)主任Utz Fischer解釋道。在每個(gè)人類細(xì)胞中，多達(dá)1000萬(wàn)個(gè)核糖體致力于這項(xiàng)任務(wù)。因此，細(xì)胞的大部分資源和能量?jī)?chǔ)備不僅用于蛋白質(zhì)的生產(chǎn)，而且首先用于核糖體本身的生產(chǎn)和維持。據(jù)認(rèn)為，這需要高達(dá)50%的細(xì)胞能量?jī)?chǔ)備，使核糖體生產(chǎn)成為細(xì)胞中“最昂貴”的過(guò)程。
當(dāng)然，細(xì)胞不能毫無(wú)理性地消耗如此大量的能量和原料。因此，它不斷地監(jiān)測(cè)它的環(huán)境，以確保在任何時(shí)候都有足夠的營(yíng)養(yǎng)和其他生長(zhǎng)刺激。一旦“供應(yīng)情況”惡化，它就會(huì)停止生長(zhǎng)并停止生產(chǎn)新的核糖體——但仍然會(huì)保持足夠多的核糖體供應(yīng)，以便在情況更好的時(shí)候能夠毫不拖延地再次生長(zhǎng)。
圖2 饑餓對(duì)轉(zhuǎn)譯效率和mRNA豐度的全面影響
中央指揮中心
這個(gè)過(guò)程的中心指揮所是所謂的mTORC1信號(hào)復(fù)合體，它是細(xì)胞的一種營(yíng)養(yǎng)傳感器。兩個(gè)研究實(shí)驗(yàn)室的聯(lián)合科學(xué)合作者、現(xiàn)在發(fā)表的研究的第一作者Cornelius Schneider博士解釋說(shuō):“關(guān)于營(yíng)養(yǎng)和其他生長(zhǎng)刺激的所有信息都匯聚在這個(gè)信號(hào)復(fù)合體上。”
基于這些信息，mTORC1協(xié)調(diào)細(xì)胞對(duì)變化的環(huán)境條件的反應(yīng)，并控制核糖體蛋白的產(chǎn)生。正如研究人員所展示的，它使用了另一種蛋白質(zhì)的幫助，這種蛋白質(zhì)的學(xué)名是LARP1。“mTORC1可以以這樣一種方式影響LARP1蛋白，在營(yíng)養(yǎng)缺乏的情況下，它會(huì)與位于所有核糖體蛋白質(zhì)mRNA起始位置的信號(hào)序列結(jié)合。這會(huì)導(dǎo)致蛋白質(zhì)產(chǎn)量的減少，”Schneider解釋道。打個(gè)比方，信使RNA是蛋白質(zhì)從細(xì)胞核到核糖體藍(lán)圖的轉(zhuǎn)運(yùn)體。
圖3 5'TOP mRNA的共遷依賴于LARP1并在長(zhǎng)時(shí)間饑餓期間維持
基本供給始終存在
雖然核糖體蛋白的生產(chǎn)減少到絕對(duì)最低限度，但它從來(lái)沒(méi)有完全關(guān)閉。“這意味著細(xì)胞可以在任何時(shí)候重新開(kāi)始產(chǎn)生大量核糖體。這使它能夠?qū)Σ粩嘧兓沫h(huán)境做出極其迅速的反應(yīng)，并從增長(zhǎng)轉(zhuǎn)向節(jié)能，”Utz Fischer說(shuō)。這樣，即使在較差的條件下，細(xì)胞也有可能始終保持一定的核糖體蛋白mRNA的基本供應(yīng)。
圖4 饑餓時(shí)5'TOP mRNA轉(zhuǎn)化為單體
這也與另一項(xiàng)發(fā)現(xiàn)相吻合:LARP1本身和mTORC1周圍的信號(hào)網(wǎng)絡(luò)在不同類型的癌癥中被解除調(diào)控，因?yàn)樗鼈兪菦Q定細(xì)胞生長(zhǎng)的中心。
參考資料：
[1] An unusual mode of baseline translation adjusts cellular protein synthesis capacity to metabolic needs.
