细胞避免多任务处理：检查导致细胞分裂的代谢振荡的原因

教科书会告诉你，在分裂细胞中，新DNA的产生在S期达到峰值，而其他大分子(如蛋白质，脂质和多糖)的产生或多或少地以相同的水平继续。

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这不是真的：蛋白质合成显示两个峰值，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27月<>日发表在《自然代谢》上。

每个分裂的真核细胞都经过细胞周期：从生长期(G1)到合成新DNA的阶段(S)，间隙阶段(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章会告诉你，除了DNA的合成外，细胞中的所有其他分子，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镜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解释说。蛋白质合成的基本速率在G1期达到峰值，在S期消退，并在细胞周期的后半段再次达到峰值。“我们还发现，脂质和多糖(细胞壁的组成部分)的合成仅达到一次峰值：也在下半年。

积木

为了确定蛋白质合成速率，科学家们使用了一种监测荧光蛋白的既定方法。他们还设计了第二种更复杂的方法，通过该方法，他们可以验证蛋白质的生产似乎遵循双波模式。

“我们必须开发第二种方法，因为我们的结果与我们和其他所有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，我们探测了细胞在细胞周期的每一刻对蛋白质生物合成抑制剂的敏感性。事实证明，这种敏感性在细胞周期的不同阶段都有峰值。

在他们的自然代谢论文中，Heinemann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，整个中枢代谢必须改变，以满足这种暂时隔离的构建块生产。例如，他们发现葡萄糖消耗，乙醇排泄和呼吸的速率被分配到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来产生氨基酸或脂质。这会产生代谢物流动的变化，这就解释了为什么我们以前在细胞分裂过程中发现代谢振荡。

但是，这留下了一个问题，即这究竟是如何发生的以及为什么发生的。“目前，我们只能推测，”海涅曼说。“一个方面是，如果一个细胞只是生长，那么所有构建块都需要同时进行。但在分裂过程中，情况更加复杂。很可能生产顺序可以帮助细胞分裂。

癌症与衰老

渗透压可能是关键。“想想炸气球。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。也许细胞首先产生大量蛋白质以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，但我确实觉得我们观察到的模式背后有一个生物物理原因。

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非常有趣。目前的发现和未来的工作对于细胞生理学的基本理解是必要的，并最终将帮助我们解决癌症和衰老问题。

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