细胞避免多任务处理

教科书会告诉您，在细胞分裂过程中，新 DNA 的产生在 S 期达到峰值，而其他大分子(例如蛋白质、脂质和多糖)的产生或多或少保持在相同水平。由 Matthias Heinemann 教授领导的格罗宁根大学的分子生物学家现在发现事实并非如此：蛋白质合成显示两个峰值，而脂质合成峰值一次。这些变化可以解释导致细胞分裂的代谢振荡，这是该小组之前发现的。他们的新结果于 2 月 27 日发表在Nature Metabolism上。

每个分裂的真核​​细胞都经历细胞周期：从生长期 (G1) 到合成新 DNA 的阶段 (S)、间隙期 (G2)，最后是通过有丝分裂进行细胞分裂的阶段 (M)。关于细胞分裂的学术文献会告诉您，除了 DNA 的合成外，细胞中的所有其他分子，例如蛋白质、脂质和多糖，在所有细胞周期阶段都以或多或少恒定的速率产生。

动态测量

七年前，Matthias Heinemann 和他的团队描述了细胞代谢的振荡，这似乎协调了真核细胞分裂的过程。他的团队现在已经更详细地研究了新陈代谢，并测量了细胞周期中蛋白质、脂质和多糖的产生速率。他们发现教科书是错误的。

“我们在单细胞中使用动态显微测量来显示不同大分子的产生如何在不同时间达到峰值，”Heinemann 解释道。蛋白质合成的基本速率在 G1 期达到顶峰，在 S 期下降，并在细胞周期的后半期再次达到顶峰。“我们还发现脂质和多糖(细胞壁的组成部分)的合成只有一次达到峰值：也是在下半年。”

建筑模块

为了确定蛋白质合成率，科学家们使用了一种既定的监测荧光蛋白的方法。他们还设计了第二种更复杂的方法，通过这种方法他们可以验证蛋白质的产生似乎遵循双波模式。“我们必须开发第二种方法，因为我们的结果与我们和其他人对细胞周期代谢的了解背道而驰，”该论文的第一作者 Vakil Takhaveev 说。“在这种新方法中，我们探讨了细胞在细胞周期的每个时刻对蛋白质生物合成抑制剂的敏感程度。事实证明，这种敏感性在细胞周期的不同阶段达到峰值。

在他们的自然代谢论文中，海涅曼和他的团队表明细胞的不同构建块不是同时产生的。此外，研究人员表明，整个中枢新陈代谢必须发生变化，才能满足这种暂时分离的积木生产。例如，他们发现葡萄糖消耗、乙醇排泄和呼吸的速率分配给细胞周期的特定阶段。

有趣的是，这些新的测量结果与他们早期的发现一致，Heinemann 解释说：“细胞必须激活不同的生物合成途径才能产生氨基酸或脂质。这会导致代谢物流动发生变化，这就解释了为什么我们之前在细胞分裂过程中发现了代谢振荡。然而，这留下了关于这究竟是如何发生的以及为什么会发生的问题。“目前，我们只能推测，”海涅曼说。'一个方面是，如果一个细胞只是简单地生长，那么同时需要所有的构建块。但是在分裂的时候，情况就比较复杂了。很可能是生产顺序可以帮助细胞分裂。

癌症和衰老

渗透压可能是其中的关键。'想想吹气球。起初，你需要非常高的压力，但一旦它开始膨胀，较低的压力就足够了。也许细胞首先会产生大量蛋白质来增加细胞内的渗透压，这可能有助于分裂子细胞，”Heinemann 说。“同样，这只是猜测，但我确实认为我们观察到的模式背后存在生物物理学原因。”

他将追求这些想法并寻找负责细胞构建块合成不同阶段的调节机制。“我们还不知道这是如何运作的，但找出并了解这些监管系统如何受到干扰将是非常有趣的。” 当前的发现和未来的工作对于从根本上理解细胞生理学是必要的，并将最终帮助我们应对癌症和衰老。