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圖片來源：Pixabay

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撰文 | Erika K. Carlson?

翻譯| 王麟濤

審校| 戴晨

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在生物體內，單個細胞必須通過成長與分裂，才能產生新細胞。但是，細胞是如何感知到它們的體積已經大到可以一分為二呢？一項由斯坦福大學Jan Skotheim領導的研究表明，細胞似乎能感應體內一些特定的蛋白質被充分稀釋。

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僅數(shù)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，控制細胞大小的觀點。隨后，他們繼續(xù)探索了這個生理過程中新的難題。最近，Skotheim和同事Evgeny Zatulovskiy在《遺傳學進展》（Trends in Genetics）上發(fā)表了一份綜述，描述了目前已經研究清楚的、有關動物細胞控制自身大小的問題。通過近期的實驗，Skotheim的研究團隊已經解決了細胞如何控制大小的一部分新難題。

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Skotheim說：“理解細胞是如何控制自身大小，是細胞生物學的基礎。”細胞大小決定了其中細胞器的大小，這也影響了細胞如何產生蛋白質，以及其他具有關鍵功能的分子。但是，科學家并不了解細胞如何生長并分裂將產生的“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。

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正在生長與分裂的酵母菌細胞?？刂萍毎至训臋C制與一種特定蛋白的濃度密切相關（明亮區(qū)域）。

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在作為博士后研究員時，Skotheim看到細胞生長與分裂的延時視頻，并第一次被有關細胞大小的難題所吸引。從那以后，研究物理與應用數(shù)學的Skotheim將研究方向轉到了生物學領域。由于之前接受的研究訓練，他特別熱衷于研究細胞如何感知自身的物理特性，并采取相應的行動。令他困惑的是：“細胞甚至說微生物是通過什么機制來測量其大?。咳绾螌⒓毎笮∞D化為生化信號，以及觸發(fā)細胞分裂？”

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2008年在Skotheim擁有自己的實驗室后不久，他開始尋找控制細胞大小的分子機制。那時，研究人員普遍推測：隨著細胞生長，它們能產生特定蛋白質的數(shù)量會增多。但是，和Skotheim一起工作的博士后Kurt Schmoller，認為細胞大小可能與其體中一種蛋白質的稀釋相關。如果一個細胞產生的某種蛋白質具有固定的數(shù)量，隨著細胞變大，蛋白質將會被稀釋，細胞也能因此知道需要分裂的時間。

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Schmoller、Skotheim和其他人通過延時技術測量了，在生長與分裂時期細胞質中多種蛋白質的濃度。很快在2015年，他們發(fā)現(xiàn)一種Whi5蛋白，能防止酵母菌細胞分裂。隨著細胞生長，酵母菌會持續(xù)不斷的產生其他蛋白質，但只生產一定量的Whi5蛋白，這也意味著這種蛋白會被稀釋。當Whi5蛋白稀釋到一個特定值時，細胞也會隨之分裂。后來，Skotheim合作的另一位博士后Zatulovskiy在人類細胞中，也發(fā)現(xiàn)相似的機制。具有腫瘤抑制作用的Rb蛋白也會隨細胞生長而稀釋，具有類似Whi5蛋白控制細胞分裂的作用。

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現(xiàn)在，研究人員已經將細胞大小與蛋白質的稀釋程度相關聯(lián)，他們希望對控制這些蛋白合成的分子機制具有更詳細的了解。例如，Skotheim的研究團隊發(fā)現(xiàn)，Whi5蛋白的形成過程獨立于細胞的大小，酵母菌細胞中總是產生相同數(shù)量的該蛋白。

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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互補性的思考方式。當遺傳學家和微生物學家努力識別細胞的新組分，并理解細胞的整體復雜性時，物理學家更感興趣于尋找簡單的概念，類似于特定蛋白的稀釋，能構成細胞行為的基礎。Skotheim說：“物理學家想將研究結果，歸結為一個能盡可能解釋更多現(xiàn)象的概念?！?/p>

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

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