加速分裂 不穩(wěn)定的蛋白質(zhì)是細(xì)胞分裂的主要開關(guān)

極不穩(wěn)定的蛋白質(zhì)Cln3似乎是激活發(fā)芽酵母中細(xì)胞分裂的主要開關(guān)。當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)合成速率超過細(xì)胞體積增加速率時，Cln3濃度僅達(dá)到足以觸發(fā)細(xì)胞分裂過程的水平。格羅寧根大學(xué)的科學(xué)家與瑞士的同事于11月4日在《自然細(xì)胞生物學(xué)》雜志上發(fā)表了這一發(fā)現(xiàn)。

盡管細(xì)胞無法思考，但它們?nèi)员仨毟鶕?jù)環(huán)境條件“決定”是分裂還是進(jìn)入休眠狀態(tài)。三十年前，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶(CDK)復(fù)合物是細(xì)胞分裂周期的主要調(diào)節(jié)因子。然而，直到今天，細(xì)胞決定啟動新分裂周期的確切機(jī)制仍不清楚。

振蕩

三年前，格羅寧根大學(xué)的系統(tǒng)生物學(xué)家Matthias Heinemann證明，細(xì)胞代謝的振蕩可能是發(fā)芽酵母中細(xì)胞周期的“導(dǎo)體”。他的研究小組現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)了一個新難題，一種叫做Cln3 的酵母蛋白。先前已知Cln3與CDK形成復(fù)合物并進(jìn)入運(yùn)動過程，提示細(xì)胞啟動新的分裂周期。“但是，由于人們認(rèn)為Cln3的濃度在細(xì)胞分裂周期中保持恒定，因此尚不清楚CIn3如何影響細(xì)胞分裂的決定，” Heinemann解釋說。而且，Cln3非常不穩(wěn)定，并且很難測量其濃度，因為一旦產(chǎn)生，它幾乎立即被分解。

為了調(diào)查Cln3在細(xì)胞決定啟動新分裂周期中的作用，Heinemann及其研究團(tuán)隊(包括他的同事Andreas Milias-Argeitis)共同實施了另一種方法來測量CIn3隨時間的生產(chǎn)率。通常，將添加綠色熒光蛋白的基因(GFP)旁邊的Cln3基因。當(dāng)產(chǎn)生Cln3-GFP時，這將導(dǎo)致熒光。“但在這種情況下，GFP會與Cln3一起迅速分解，無法檢測到熒光，” Milias-Argeitis解釋說。通過在Cln3和GFP之間包含一個額外的小肽，可以解決此問題。“一旦產(chǎn)生了新的融合蛋白，這種額外的肽就會自Cln3自身裂解并釋放GFP。因此，Cln3被分解，但GFP保留在細(xì)胞中并且可以被檢測到。” 因此，可以測量Cln3的生產(chǎn)率。

熒光顯微鏡使用藍(lán)光可視化綠色熒光蛋白(GFP)。圖片來源：Paolo Guerra

去耦

該研究的第一作者Athanasios Litsios提出了自裂解肽的概念，他對微流控芯片中生長的單細(xì)胞進(jìn)行了許多艱苦的GFP熒光測量，并在顯微鏡下進(jìn)行了觀察，同時還測量了細(xì)胞體積。這些測量結(jié)果表明，Cln3的濃度在細(xì)胞決定啟動分裂周期之前達(dá)到峰值。Cln3濃度的測量較早完成，但正如Heinemann所解釋的那樣，僅使用在大型細(xì)胞群體中平均的技術(shù)。“在那種情況下，Cln3濃度的峰值在整個細(xì)胞群體中平均。”

這種峰值蛋白質(zhì)水平的顯著之處在于它發(fā)生在蛋白質(zhì)生產(chǎn)速度超過細(xì)胞體積增加的階段。小ilia蟲病解釋如下。“這意味著蛋白質(zhì)合成與代謝過程之間存在脫鉤，從而導(dǎo)致細(xì)胞體積增加。” 這種解耦可以解釋海涅曼先前觀察到的某些代謝振蕩，并且在細(xì)胞分裂周期的啟動中也起作用。

有趣的

這項研究的發(fā)現(xiàn)表明，進(jìn)入細(xì)胞分裂周期的決定是由Cln3濃度的峰值觸發(fā)的，而Cln3濃度的峰值又由蛋白質(zhì)合成速率的提高驅(qū)動。也許這個過程表明了一種機(jī)制，使細(xì)胞能夠“評估”環(huán)境條件是否有利于蛋白質(zhì)生產(chǎn)-這一過程對于細(xì)胞分裂很重要。Heinemann觀察到，“在細(xì)胞決定開始新的分裂周期之前蛋白質(zhì)產(chǎn)量增加的觀察結(jié)果非常有趣。我們將必須對此進(jìn)行調(diào)查，以找出造成這種增加的過程，當(dāng)然，還涉及什么分子機(jī)制。”