研究简介
2024年，来自斯坦福大学的Michael C. Lanz、Jan M. Skotheim等人，在《Nature Structural & Molecular Biology》杂志发表了题为"Genome dilution by cell growth drives starvation-like proteome remodeling in mammalian and yeast cells"的研究论文。本研究探讨了细胞大小如何影响哺乳动物和酵母细胞的蛋白质组成，以及这种影响如何与细胞生理学相关。
图文赏析
利用哺乳动物肝细胞的多倍性和酵母遗传学，建立了细胞大小与蛋白质组成之间的联系。研究发现，随着细胞体积的增加，基因组浓度（即多倍性与细胞大小的比率）会降低，引发类似饥饿的表型，表明大型细胞的生长受到基因组浓度的限制，这种限制方式类似于限制性营养物质。此外，基因组稀释还解释了某些归因于酵母老化的蛋白质组变化。
研究人员首先探讨了细胞大小对蛋白质组成变化的影响。他们发现，无论是在哺乳动物细胞还是酵母细胞中，基因组稀释都会引发一系列类似饥饿的表型，这表明大型细胞的生长受到基因组浓度的限制。这种限制方式与限制性营养物质相似，导致细胞在大型状态下的生长受到抑制。
为了深入了解这一现象，研究人员进行了一系列的实验。他们首先在酵母细胞中进行了实验，通过控制细胞大小和多倍性，观察了蛋白质组成的变化。实验结果表明，当细胞体积增加时，许多蛋白质的浓度会发生变化，这种变化与细胞大小的增加呈现出一定的比例关系。研究人员将这种现象称为“超比例”（superscaling）和“亚比例”（subscaling），分别表示蛋白质浓度随细胞大小增加而增加或减少。
接下来，研究人员在哺乳动物细胞中进行了类似的实验。他们发现，哺乳动物细胞中的蛋白质组成变化与酵母细胞中观察到的现象非常相似。这表明，细胞大小对蛋白质组成的影响是一个高度保守的生物学过程。
研究人员还探讨了这种蛋白质组成变化背后的分子机制。他们发现，这种变化主要是通过转录调控实现的。也就是说，随着细胞体积的增加，基因表达水平会发生变化，从而导致蛋白质浓度的变化。此外，研究人员还发现，蛋白质的降解速率和密码子偏好性也与蛋白质浓度的变化有关。
此外，研究人员还探讨了细胞大小变化对细胞生理学的影响。他们发现，随着细胞体积的增加，细胞会表现出类似饥饿的表型，包括激活应激反应和改变细胞信号传导。这些变化可能会影响细胞的生长、分化和衰老过程。
最后，研究人员提出了一个模型，描述了基因组浓度如何通过影响蛋白质组成来调控细胞生理学。他们认为，基因组浓度是决定细胞蛋白质组成的关键因素，而这种组成的变化可能会对细胞的功能和行为产生重要影响。
总的来说，这项研究揭示了细胞大小对蛋白质组成的影响，以及这种影响如何与细胞生理学相关。这些发现为理解细胞如何调控其大小提供了新的视角，并可能对细胞生物学、发育生物学和疾病治疗等领域产生重要影响。
原文链接：
https://doi.org/10.1038/s41594-024-01353-z
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