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在一个新研究[1],研究人员已经确定了当细胞长得太大时,为什么会出现缺陷,以及当细胞长得比原来的健康尺寸大时,为什么蛋白质合成会失败。常见于衰老和衰老的细胞。

他们证明在扩大的酵母和人类细胞中,RNA和蛋白质的生物合成与额外的细胞大小不成比例。然后导致细胞质稀释。这种现象也存在于衰老的细胞中,与大细胞的特征相似。

研究小组得出结论,维持细胞类型特异性DNA与细胞质的比率对于大多数细胞功能是必要的,当细胞生长改变这个比例,它促使细胞衰老。

在多细胞生物中,单元大小的范围超过几个数量级。这在配子和多倍体细胞中最为极端,但也见于二倍体体细胞和单细胞生物中。虽然不同类型的细胞大小差异很大,对于给定的细胞类型和生长条件,大小受到狭义的限制,表明特定大小对细胞功能很重要。的确,细胞大小的变化经常在癌症等病理条件下观察到。肿瘤细胞通常较小且大小不均匀(Ginzberg等人,2015年,劳埃德,2013年)。人类细胞系和芽胞酵母细胞的细胞衰老也与大小的显著变化有关。衰老的细胞变得非常大(Hayflick和Moorhead,1961年,莫蒂默和约翰斯顿,1959年)。

细胞大小控制在许多不同的模型生物中得到了广泛的研究。在发芽的酵母中,细胞从G1进入S相,细胞周期转换,也称为开始,根据基因型和生长条件确定的细胞大小(Turner等人,2012年)。细胞的生长和分裂是,然而,只是松散地夹带。当细胞周期的进展被化学或基因的干扰所阻断时,细胞的大小继续增加(德米登科和布拉戈斯克朗尼,2008年,Johnston等人,1977年)。在延长的生理细胞周期中,抑制机制似乎已到位,以确保它们不会变得太大。在发芽的酵母中,例如,交配需要细胞在G1期停滞。肌动蛋白极化依赖于Tor通路的下调,在这种长时间的阻滞过程中,细胞生长显著减弱(Goranov等人,2013年)。这一观察表明,防止细胞过度生长是很重要的。为什么细胞大小可能需要严格调节还不得而知。

一些考虑认为,改变细胞大小可能对细胞生理学有重大影响。细胞大小的变化影响细胞内距离,表面体积比和DNA:细胞质比。细胞似乎适应细胞大小的变化,至少在一定程度上。在C.挽歌,随着细胞尺寸的迅速减小,主轴尺寸相应缩小(Hara和Kimura,2009年)。其他细胞结构,如有丝分裂染色体,在不同的有机体(Levy和Heald,2012年,Neurohr等人,2011)。同样地,在人类细胞系和酵母中,基因表达量随细胞大小而变化(Marguerat等人,2012年,Padovan Merhar等人,2015年,朱林斯基等,2010年)。

然而,并非所有的细胞通路都能适应细胞大小的变化。例如,通过主轴装配检查点发出信号,一种监督机制,确保细胞只有在所有染色体都附着在有丝分裂纺锤体上后才进入后期。在C的大细胞中效率较低。线虫胚胎(Galli和Morgan,2016)。在人类细胞系中,最大的线粒体活性只有在一个最佳的细胞尺寸下才能实现(Miettinen和Bj_rklund,2016)。最后,大的细胞大小已被证明会损害出芽酵母和人类细胞系的细胞增殖(demidenko和blagosklonny,2008年,Goranov等人,2013年)。

在这里,我们确定了在细胞中观察到的缺陷的分子基础,这些缺陷已经变得太大了。我们发现在大型酵母和人类细胞中,RNA和蛋白质的生物合成与细胞体积无关,有效地导致细胞质稀释。这种比例的缺乏是由于DNA的速率限制。我们进一步发现衰老的细胞,它们很大,表现出许多大细胞的表型。我们得出结论,维持细胞类型特异性DNA:细胞质比率对许多人来说是必要的,也许全部,细胞过程和超过这种细胞类型特异性比率的生长有助于衰老。

结论

这也可能与特定细胞成分的增大有关,如核仁。核仁是细胞核内的一种独特结构,由丝状和颗粒状物质组成。这就是核糖体,制造蛋白质的微小细胞机器,被创建。核仁的一个重要部分被核糖体DNA(RDNA)占据,它编码核糖体中的RNA。

旧的核仁,衰老,前体细胞也趋向于更大;更小,更紧凑,核仁是寿命的一个可能指标,也是核糖体钟[2-4]。更大的电池组件,比如增大的核仁,可能有助于更大尺寸的衰老细胞。

最后,扩大的细胞可能是衰老或衰老前的有用指标,这表明DNA与细胞质的比例被破坏,这是衰老的典型特征。如果能找到精确测量组织中不同细胞大小的方法,它也可能被证明是一个有用的老化生物标志物。

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文学类

[1]神经HR,G.E.,特里,R.L.,伦杰菲尔德,J.,邦尼,M.,布里廷汉姆,G.P.,莫雷托,F.,…哈珀,J.W(2019年)。细胞过度生长导致细胞质稀释并导致衰老。单元格。

[2]蒂库,五、杰恩,C.,拉兹,是的。中村,S.,脚架,B.,线路接口单元,W.…和帕特里奇,L.(2017年)。小核仁是长寿的细胞标志。自然传播,8个,16083年。

[3]布克瓦尔特,A.,&赫策,M.W(2017年)。早衰时的核仁扩张和蛋白质翻译升高。自然传播,第8(1)条,328年。

[4]核糖体DNA具有进化上保守的生物老化时钟,”孟王,伯纳多·莱莫斯,基因组研究,在线2月14日,2019年,doi:10.1101/gr.241745.118

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史蒂夫·希尔

作为科学作家和健康长寿的忠实倡导者,以及促进长寿的技术,Steve为社区提供了数百篇教育文章,采访,播客,帮助公众更好地了解老龄化及其动态变化的方法。他的资料可以在H+杂志上找到,长寿记者,今日心理学与奇点博客。他是《所有人的老龄化预防》一书的合著者,该书是一本面向公众探索循证方法延长健康生活的指南(出版)。
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