細胞如何處理額外的染色體

健康人體細胞的 DNA共有 23對染色體。額外的染色體通常會導(dǎo)致有害的基因失衡。

對于生物體來說，額外的染色體通常是一個問題，可能會破壞發(fā)育或?qū)е录膊　５行┘毎炊芤?/span>——例如，癌細胞或致病酵母菌可以利用額外的染色體逃避治療，并產(chǎn)生抗藥性。來自柏林夏里特大學(xué)的一組研究人員現(xiàn)在已經(jīng)破譯了酵母是如何設(shè)法彌補這種基因失衡的。他們的研究結(jié)果發(fā)表在Nature雜志上，這可能會為治療耐藥腫瘤或真菌感染提供新方法。

典型的健康人類細胞恰好有兩份23條染色體，人的所有遺傳信息都存儲在染色體中。如果在細胞分裂過程中出現(xiàn)錯誤，導(dǎo)致一條染色體復(fù)制三個或更多，麻煩就出現(xiàn)的：存在于重復(fù)染色體上的基因總體上被“讀取”得更頻繁，因此它們的產(chǎn)物——蛋白質(zhì)，會達到異常水平。這可能會破壞生物體的發(fā)育，就像唐氏綜合癥這樣的三體病一樣，或者使生物體無法生存。這使得非整倍體(醫(yī)學(xué)術(shù)語，指染色體數(shù)量異常)成為流產(chǎn)的常見原因。

然而，令人驚訝的是，也有一些細胞和生物體已經(jīng)學(xué)會了如何處理過多的基因，甚至從中受益。例如，一些癌細胞可以利用額外的染色體來更好地抵抗腫瘤藥物，并在治療后繼續(xù)生長。非整倍體在酵母(一種單細胞真菌)中也很常見，據(jù)估計，五分之一的烘焙酵母或釀酒酵母的天然菌株都有一組異常的染色體。

所有的蛋白質(zhì)交換更快

多年來，研究人員一直在研究這些細胞是如何處理額外的染色體的。由生物化學(xué)研究所所長Markus Ralser教授領(lǐng)導(dǎo)的一個研究小組現(xiàn)在已經(jīng)在一種酵母的基礎(chǔ)上追蹤了一種以前未知的補償機制。“我們能夠證明自然產(chǎn)生的非整倍體酵母細胞通過更快地交換所有蛋白質(zhì)來緩沖有害蛋白質(zhì)負擔(dān)，”Ralser解釋說。

在他們的研究中，研究人員將“基因健康”的酵母菌株與在實驗室中誘導(dǎo)非整倍體的菌株和從世界各地的各種環(huán)境中分離出來的、天生具有異常染色體數(shù)量的菌株進行了比較。與實驗室培養(yǎng)的菌株不同，天然菌株需要更長的時間來適應(yīng)過多的染色體。對于研究的大約800個菌株中的每一個，研究人員確定了基因的活性和所有蛋白質(zhì)的數(shù)量。為了做到這一點，他們利用了質(zhì)譜法，一種可以用來測量單個樣品中數(shù)百種蛋白質(zhì)的方法。對這些大量數(shù)據(jù)的分析表明，大多數(shù)長期處于非整倍體狀態(tài)的菌株已經(jīng)補償了額外染色體編碼的蛋白質(zhì)，這意味著這些蛋白質(zhì)的水平與健康酵母更相似。

然后研究小組研究了酵母是如何做到這一點的。“我們的數(shù)據(jù)顯示，一個被稱為蛋白酶體系統(tǒng)的系統(tǒng)正在加速，這意味著細胞回收機器更加活躍，所以，有額外染色體的細胞全速運轉(zhuǎn)，產(chǎn)生很多，但它們分解這些產(chǎn)物的速度也更快。”該研究的**作者、在慈善大學(xué)生物化學(xué)研究所工作的Julia Münzner博士解釋說。這減少了額外蛋白質(zhì)的體積，盡管其他蛋白質(zhì)的周轉(zhuǎn)也更快。研究人員懷疑，細胞有另一種方法來穩(wěn)定非多余的蛋白質(zhì)，使它們不會被過度破壞。

一種解決耐藥性的方法

研究人員希望這項新發(fā)現(xiàn)可以作為對抗治療抵抗性腫瘤和真菌感染的一種方法。像癌細胞一樣，白色念珠菌等致病性酵母菌如果有額外的染色體，也會對藥物產(chǎn)生抗藥性。無法治愈的真菌感染可能是致命的。

“例如，可以想象使用藥物來減緩細胞中蛋白質(zhì)的分解，這樣它們就可以重新處理升高的蛋白質(zhì)負擔(dān)，”Ralser說。“這可能是防止治療耐藥性的一種方法。”為了使這種方法起作用，癌細胞和致病酵母必須應(yīng)用類似于釀酒酵母耐受非整倍體的原理。找出答案是研究小組的下一個目標。

這項研究由Markus Ralser教授和 Judith Berman教授領(lǐng)導(dǎo)完成，Ralser擁有“愛因斯坦生物化學(xué)教授”的稱號。Berman是特拉維夫大學(xué)Shmunis生物醫(yī)學(xué)和癌癥研究學(xué)院實驗室的負責(zé)人。

本網(wǎng)站所有轉(zhuǎn)載文章系出于傳遞更多信息之目的，轉(zhuǎn)載內(nèi)容不代表本站立場。不希望被轉(zhuǎn)載的媒體或個人可與我們聯(lián)系，我們將立即進行刪除處理。