马克斯·普朗克免疫生物学和表观遗传学研究所 饥饿诱导单细胞D的聚集
多细胞生物的发现学分:免疫生物学和表观遗传学
凯利 从单细胞生物到多细胞生物的转变是复杂生命形式进化的重要一步
多细胞生物在数亿年前出现，但这一事件背后的力量仍然神秘
为了研究多细胞的起源，弗莱堡免疫生物学和表观遗传学医学研究所的Erika Pearce小组将目光转向了位于这一关键进化步骤尖端的黏液霉菌盘基网柄菌，它可以以单细胞和多细胞状态存在
这些截然不同的状态只取决于一件事——食物
皮尔斯实验室的一个核心问题是回答新陈代谢的变化如何驱动细胞功能和分化
通常他们研究免疫细胞来回答这个问题；然而，当第一作者贝丝·凯利加入这个小组时，他们决定转移注意力
“我们认为，如果我们对营养物质的可获得性如何导致细胞功能的改变感兴趣，那么没有比Dicty更好的生物来研究了，Dicty认为饥饿会导致细胞从自身存在变成形成多细胞生物
这是生物学上的巨大转变，”艾丽卡·皮尔斯说
饥饿驱使这种社会变形虫的多细胞聚集 仅仅通过剥夺D
发现了它的食物来源，他们可以将这种生物从单细胞变成多细胞集合体，让他们能够研究驱动这种多细胞的因素
这个集合体表现为一个复杂的多细胞有机体，单个细胞专门具有不同的功能，并作为一个整体运动
多细胞D
盘状芽孢杆菌最终形成一种保护性芽孢，使种群在饥饿中存活下来
饿死D
椎间盘诱发活性氧产生的快速爆发
活性氧是由我们的细胞制造的小分子，但在更复杂的基于受体的系统存在之前，在进化的早期也用于发出信号
然而，当活性氧水平过高时，它们会变得具有破坏性，氧化蛋白质和核酸，最终导致细胞死亡
所以，活性氧的增加通常伴随着抗氧化剂的产生来控制这些活性氧
贝丝·凯利指出，“在我们的例子中，抗氧化剂谷胱甘肽的产量增加，以对抗饥饿时大量活性氧的爆发
如果我们给饥饿的黏菌额外的谷胱甘肽，我们就能阻止活性氧的增加，更重要的是，阻止多细胞聚集体的形成，使细胞保持单细胞状态
" 饥饿的迪克蒂改变了他们的新陈代谢 反过来，当他们用抑制剂阻止谷胱甘肽产生时，他们发现这不但没有促进更快的聚集，反而逆转了它，使单细胞状态维持更长时间
这表明补充谷胱甘肽的某些功能，除了抗氧化活性，正在逆转聚集过程
他们仔细考虑了谷胱甘肽是如何制造的
它仅由三种氨基酸组成，半胱氨酸、甘氨酸和谷氨酰胺
凯利将这些成分分别添加回饥饿的细胞中，她发现只有半胱氨酸能在饥饿时逆转多细胞聚集
半胱氨酸的生物学有什么独特之处？它是仅有的两种含硫氨基酸之一，这种硫对细胞增殖的多种过程至关重要
它用于制造新的蛋白质，对酶活性至关重要，并支持能量生产的代谢过程
因此，限制半胱氨酸会限制硫的供应，减缓生长和增殖，并表明这些过程没有足够的营养来继续
对于网柄菌来说，这意味着它们应该过渡到多细胞状态，形成一个孢子，能够在营养限制时期存活下来，保护种群
硫决定细胞功能和多细胞性 事实证明，硫的损失是这种多细胞现象背后的重要过程，增加活性氧是维生素D的一个聪明的方法
为了达到这个目的
通过增加活性氧，饥饿的网柄菌因此增加谷胱甘肽的产量
这实际上将细胞中的半胱氨酸转化为谷胱甘肽，限制了硫在细胞增殖和蛋白质生产中的应用
贝丝·凯利说:“通过人工阻断谷胱甘肽的产生，或者通过向饥饿的细胞提供额外的半胱氨酸，我们可以恢复硫的供应，恢复增殖和单细胞状态。”
“因此，我们揭示了硫是如何支配单细胞和多细胞状态之间的转换的
“硫和氧在古代世界是常见的小元素，这项工作揭示了它们在多细胞起源中的作用
“除此之外，我们认为我们的工作对更复杂的生物体有治疗意义
癌细胞是高度增殖的，一些癌细胞特别保持硫代谢
限制或靶向这些细胞中的硫代谢过程可能会增强抗肿瘤免疫，”皮尔斯说
免疫细胞在含有不同营养混合物的环境中运输，免疫细胞的功能取决于代谢途径的活性
控制硫代谢可能是调节免疫细胞功能的一种手段
总的来说，在早期真核生物网柄菌中检测这些保守的营养信号通路可能对哺乳动物细胞功能有很大的帮助
这项研究发表在《自然》杂志上
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