由德州大学西南医学中心 以上是基因相同的酵母细胞的荧光图像，标记了德州大学西南研究人员发现的有助于预测细胞命运的一些生物标志物
黄色是细胞核，蓝色和绿色是细胞核-液泡连接标记，红色是酵母液泡
信用:UT西南医学中心 根据德州西南大学的一项研究，一组传统上与细胞命运无关的生物标志物可以准确预测基因相同的细胞在压力下如何表现不同
这项发现发表在《细胞报告》杂志上
1封面故事，可能最终导致更可预测的药物治疗反应
暴露在相同刺激下的同一类型细胞群通常表现出不同的反应
这些反应中的一些与单个细胞之间的基因差异有关
然而，即使是基因相同的细胞也会有不同的行为
一个例子可以在芽殖酵母或活跃分裂的酵母中找到
当这些微生物失去葡萄糖——它们用来提供能量的糖分子——所有细胞都停止分裂
然而，当这种营养物质再次出现时，一些细胞开始再次分裂，而另一些细胞不再分裂但仍然存活，即使是在基因克隆的酵母批次中
研究负责人N说，是什么导致了这些重新分裂的“静止”细胞和从未分裂的“衰老”细胞之间的行为差异一直是个谜
埃兹吉·伍德博士
D
和麦克·亨内博士
D
，西南联大细胞生物学和生物物理学助理教授
以前对基因相同的细胞行为差异的研究集中在决定细胞命运的基因上
然而，伍德、亨内和他们的同事采取了不同的策略:他们观察了与基本细胞维持相关的其他生物标志物的行为，如细胞周期、压力反应、细胞内通讯和营养信号
研究人员指出，这些因素在决定细胞命运中的作用尚不清楚
更多地了解促使细胞做出不同反应的因素，最终可以引导研究人员走向新的方向
例如，这些知识可能有助于帮助细胞对癌症化疗或抗生素做出一致的反应，在这些领域，细胞通常采取不同的途径
伍德说:“两个相同的细胞如何并排走不同的路径是一个非常基本的生物学问题——我们从细菌到哺乳动物细胞都可以看到。”
“我们的结果表明，传统上与细胞命运无关的因素实际上在这一过程中起着重要作用，并使我们更接近于回答为什么会发生这种现象以及我们如何控制它的问题
" 为了探索这些问题，研究人员对酵母细胞进行了基因改造，使得与这些维护任务相关的五种不同的蛋白质标记在细胞内呈现不同的颜色
然后，他们进行了一项实验，让这些细胞生活在一个被液体介质不断冲洗的微流体室中
两个小时以来，这种培养基富含这些细胞生存和繁殖所需的营养物质，包括葡萄糖
然后，在接下来的10个小时里，研究人员切断了葡萄糖供应，使细胞饥饿
在这个时期结束时，他们重新引入葡萄糖，让细胞恢复
在这16个小时的周期中，一台摄像机连续监测单个细胞，寻找当葡萄糖再次可用时，那些变得静止或衰老的细胞之间的差异
当他们回顾镜头时，研究人员很快发现，尽管细胞以不同步的方式生长，或者在细胞周期的不同点生长，饥饿停止了细胞周期
仔细观察发现，一种被称为Whi5的细胞周期蛋白抑制剂倾向于在饥饿时聚集在静止细胞的细胞核中，而衰老细胞中的Whi5则完全消失
类似地，这两个群体在与应激反应相关的蛋白Msn2和Rtg1上表现出差异
尽管这些蛋白质在饥饿时聚集在所有细胞的细胞核中，但即使在葡萄糖返回后，它们仍持续存在于衰老细胞的细胞核中，但当饥饿结束时，它们大部分离开了静止细胞的细胞核
研究人员在细胞核-液泡连接处(NVJ)发现了另一个有用的标记来分隔这两个群体，细胞核-液泡连接处是连接细胞核和液泡的界面，液泡是细胞用来隔离废物的小消化器官。
当饥饿时，静止的细胞趋向于增加它们的非挥发性物质，而衰老的细胞没有
尽管这些发现都给出了饥饿开始后细胞会走哪条路的线索，但没有一个显示出饥饿发生前的预测能力
但是，当研究人员检查Rim15(一种在营养信号中起关键作用的蛋白质)时，他们发现饥饿前Rim15升高的细胞往往会变得静止，而这种蛋白质浓度较低的细胞更有可能衰老
这些因素本身都不能准确预测细胞的命运
但是，当伍德、亨内和他们的同事对所有细胞进行统计分析时，他们能够准确预测哪些细胞变得静止，哪些细胞变得衰老，在他们重新引入葡萄糖之前，准确率接近90%
事实上，他们说，细胞似乎达到了一个“决定点”，在那里它们不太可能在饥饿的四个小时左右改变方向
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