圖片來源：Pixabay

撰文 | Erika K. Carlson 

翻譯| 王麟濤

審校| 戴晨

在生物體(ti) 內(nei) ，單個(ge) 細胞必須通過成長與(yu) 分裂，才能產(chan) 生新細胞。但是，細胞是如何感知到它們(men) 的體(ti) 積已經大到可以一分為(wei) 二呢？一項由斯坦福大學Jan Skotheim領導的研究表明，細胞似乎能感應體(ti) 內(nei) 一些特定的蛋白質被充分稀釋。

僅(jin) 數年前，科學家才首次提出來細胞可能通過感知蛋白質的稀釋，控製細胞大小的觀點。隨後，他們(men) 繼續探索了這個(ge) 生理過程中新的難題。最近，Skotheim和同事Evgeny Zatulovskiy在《遺傳(chuan) 學進展》（Trends in Genetics）上發表了一份綜述，描述了目前已經研究清楚的、有關(guan) 動物細胞控製自身大小的問題。通過近期的實驗，Skotheim的研究團隊已經解決(jue) 了細胞如何控製大小的一部分新難題。

Skotheim說：“理解細胞是如何控製自身大小，是細胞生物學的基礎。”細胞大小決(jue) 定了其中細胞器的大小，這也影響了細胞如何產(chan) 生蛋白質，以及其他具有關(guan) 鍵功能的分子。但是，科學家並不了解細胞如何生長並分裂將產(chan) 生的“正常大小”的同類細胞。例如，人類典型的紅細胞是直徑為(wei) 幾微米的碟形細胞，但是骨骼肌細胞是細長結構，長度可以達到幾厘米。

正在生長與(yu) 分裂的酵母菌細胞。控製細胞分裂的機製與(yu) 一種特定蛋白的濃度密切相關(guan) （明亮區域）。

在作為(wei) 博士後研究員時，Skotheim看到細胞生長與(yu) 分裂的延時視頻，並第一次被有關(guan) 細胞大小的難題所吸引。從(cong) 那以後，研究物理與(yu) 應用數學的Skotheim將研究方向轉到了生物學領域。由於(yu) 之前接受的研究訓練，他特別熱衷於(yu) 研究細胞如何感知自身的物理特性，並采取相應的行動。令他困惑的是：“細胞甚至說微生物是通過什麽(me) 機製來測量其大小？如何將細胞大小轉化為(wei) 生化信號，以及觸發細胞分裂？”

2008年在Skotheim擁有自己的實驗室後不久，他開始尋找控製細胞大小的分子機製。那時，研究人員普遍推測：隨著細胞生長，它們(men) 能產(chan) 生特定蛋白質的數量會(hui) 增多。但是，和Skotheim一起工作的博士後Kurt Schmoller，認為(wei) 細胞大小可能與(yu) 其體(ti) 中一種蛋白質的稀釋相關(guan) 。如果一個(ge) 細胞產(chan) 生的某種蛋白質具有固定的數量，隨著細胞變大，蛋白質將會(hui) 被稀釋，細胞也能因此知道需要分裂的時間。

Schmoller、Skotheim和其他人通過延時技術測量了，在生長與(yu) 分裂時期細胞質中多種蛋白質的濃度。很快在2015年，他們(men) 發現一種Whi5蛋白，能防止酵母菌細胞分裂。隨著細胞生長，酵母菌會(hui) 持續不斷的產(chan) 生其他蛋白質，但隻生產(chan) 一定量的Whi5蛋白，這也意味著這種蛋白會(hui) 被稀釋。當Whi5蛋白稀釋到一個(ge) 特定值時，細胞也會(hui) 隨之分裂。後來，Skotheim合作的另一位博士後Zatulovskiy在人類細胞中，也發現相似的機製。具有腫瘤抑製作用的Rb蛋白也會(hui) 隨細胞生長而稀釋，具有類似Whi5蛋白控製細胞分裂的作用。

現在，研究人員已經將細胞大小與(yu) 蛋白質的稀釋程度相關(guan) 聯，他們(men) 希望對控製這些蛋白合成的分子機製具有更詳細的了解。例如，Skotheim的研究團隊發現，Whi5蛋白的形成過程獨立於(yu) 細胞的大小，酵母菌細胞中總是產(chan) 生相同數量的該蛋白。

Skotheim表示，擁有物理背景的研究人員能給生物學研究，帶來不同的研究角度與(yu) 互補性的思考方式。當遺傳(chuan) 學家和微生物學家努力識別細胞的新組分，並理解細胞的整體(ti) 複雜性時，物理學家更感興(xing) 趣於(yu) 尋找簡單的概念，類似於(yu) 特定蛋白的稀釋，能構成細胞行為(wei) 的基礎。Skotheim說：“物理學家想將研究結果，歸結為(wei) 一個(ge) 能盡可能解釋更多現象的概念。”

原文鏈接：https://physics.aps.org/articles/v13/35

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