摘要：細胞是如何適應不斷變化的環境條件而快速生長的呢?來自Würzburg的一個研究團隊的一項新研究為這個問題提供了答案。
無論是單細胞生物、哺乳動物、浮游生物還是紅杉，生長是地球上所有生命的基本原則。生長的起點通常是細胞:要實現這一點，細胞必須在短時間內將其成分和成分翻倍，這樣它才能分裂并開始生長。這背后的過程是復雜的，還沒有被破譯到最后的細節。然而，現在來自Würzburg的一個研究小組已經成功地確定了這一過程中的一個關鍵機制。來自Julius Maximilian大學生物中心Würzburg (JMU)的Utz Fischer教授和來自Würzburg Helmholtz RNA感染研究所(HIRI)的J?rg Vogel教授在最新一期的《Cell Reports》雜志上發表了他們的研究成果。
圖1 細胞是如何適應不斷變化的環境條件而快速生長（圖源：[1]）
核糖體傳遞新的蛋白質
“為了讓細胞生長，它們必須產生大量的新蛋白質。這發生在被稱為核糖體的細胞內部的特殊工廠中，”JMU生物化學主任Utz Fischer解釋道。在每個人類細胞中，多達1000萬個核糖體致力于這項任務。因此，細胞的大部分資源和能量儲備不僅用于蛋白質的生產，而且首先用于核糖體本身的生產和維持。據認為，這需要高達50%的細胞能量儲備，使核糖體生產成為細胞中“最昂貴”的過程。
當然，細胞不能毫無理性地消耗如此大量的能量和原料。因此，它不斷地監測它的環境，以確保在任何時候都有足夠的營養和其他生長刺激。一旦“供應情況”惡化，它就會停止生長并停止生產新的核糖體——但仍然會保持足夠多的核糖體供應，以便在情況更好的時候能夠毫不拖延地再次生長。
圖2 饑餓對轉譯效率和mRNA豐度的全面影響
中央指揮中心
這個過程的中心指揮所是所謂的mTORC1信號復合體，它是細胞的一種營養傳感器。兩個研究實驗室的聯合科學合作者、現在發表的研究的第一作者Cornelius Schneider博士解釋說:“關于營養和其他生長刺激的所有信息都匯聚在這個信號復合體上?！?/div>
圖3 5'TOP mRNA的共遷依賴于LARP1并在長時間饑餓期間維持
圖4 饑餓時5'TOP mRNA轉化為單體
基于這些信息，mTORC1協調細胞對變化的環境條件的反應，并控制核糖體蛋白的產生。正如研究人員所展示的，它使用了另一種蛋白質的幫助，這種蛋白質的學名是LARP1?！癿TORC1可以以這樣一種方式影響LARP1蛋白，在營養缺乏的情況下，它會與位于所有核糖體蛋白質mRNA起始位置的信號序列結合。這會導致蛋白質產量的減少，”Schneider解釋道。打個比方，信使RNA是蛋白質從細胞核到核糖體藍圖的轉運體。
圖3 5'TOP mRNA的共遷依賴于LARP1并在長時間饑餓期間維持
基本供給始終存在
雖然核糖體蛋白的生產減少到絕對最低限度，但它從來沒有完全關閉。“這意味著細胞可以在任何時候重新開始產生大量核糖體。這使它能夠對不斷變化的環境做出極其迅速的反應，并從增長轉向節能，”Utz Fischer說。這樣，即使在較差的條件下，細胞也有可能始終保持一定的核糖體蛋白mRNA的基本供應。
圖4 饑餓時5'TOP mRNA轉化為單體
這也與另一項發現相吻合:LARP1本身和mTORC1周圍的信號網絡在不同類型的癌癥中被解除調控，因為它們是決定細胞生長的中心。
參考資料：
[1] An unusual mode of baseline translation adjusts cellular protein synthesis capacity to metabolic needs.
摘要：細胞是如何適應不斷變化的環境條件而快速生長的呢?來自Würzburg的一個研究團隊的一項新研究為這個問題提供了答案。
無論是單細胞生物、哺乳動物、浮游生物還是紅杉，生長是地球上所有生命的基本原則。生長的起點通常是細胞:要實現這一點，細胞必須在短時間內將其成分和成分翻倍，這樣它才能分裂并開始生長。這背后的過程是復雜的，還沒有被破譯到最后的細節。然而，現在來自Würzburg的一個研究小組已經成功地確定了這一過程中的一個關鍵機制。來自Julius Maximilian大學生物中心Würzburg (JMU)的Utz Fischer教授和來自Würzburg Helmholtz RNA感染研究所(HIRI)的J?rg Vogel教授在最新一期的《Cell Reports》雜志上發表了他們的研究成果。
圖1 細胞是如何適應不斷變化的環境條件而快速生長（圖源：[1]）
核糖體傳遞新的蛋白質
“為了讓細胞生長，它們必須產生大量的新蛋白質。這發生在被稱為核糖體的細胞內部的特殊工廠中，”JMU生物化學主任Utz Fischer解釋道。在每個人類細胞中，多達1000萬個核糖體致力于這項任務。因此，細胞的大部分資源和能量儲備不僅用于蛋白質的生產，而且首先用于核糖體本身的生產和維持。據認為，這需要高達50%的細胞能量儲備，使核糖體生產成為細胞中“最昂貴”的過程。
當然，細胞不能毫無理性地消耗如此大量的能量和原料。因此，它不斷地監測它的環境，以確保在任何時候都有足夠的營養和其他生長刺激。一旦“供應情況”惡化，它就會停止生長并停止生產新的核糖體——但仍然會保持足夠多的核糖體供應，以便在情況更好的時候能夠毫不拖延地再次生長。
圖2 饑餓對轉譯效率和mRNA豐度的全面影響
中央指揮中心
這個過程的中心指揮所是所謂的mTORC1信號復合體，它是細胞的一種營養傳感器。兩個研究實驗室的聯合科學合作者、現在發表的研究的第一作者Cornelius Schneider博士解釋說:“關于營養和其他生長刺激的所有信息都匯聚在這個信號復合體上。”
基于這些信息，mTORC1協調細胞對變化的環境條件的反應，并控制核糖體蛋白的產生。正如研究人員所展示的，它使用了另一種蛋白質的幫助，這種蛋白質的學名是LARP1?！癿TORC1可以以這樣一種方式影響LARP1蛋白，在營養缺乏的情況下，它會與位于所有核糖體蛋白質mRNA起始位置的信號序列結合。這會導致蛋白質產量的減少，”Schneider解釋道。打個比方，信使RNA是蛋白質從細胞核到核糖體藍圖的轉運體。
圖3 5'TOP mRNA的共遷依賴于LARP1并在長時間饑餓期間維持
基本供給始終存在
雖然核糖體蛋白的生產減少到絕對最低限度，但它從來沒有完全關閉。“這意味著細胞可以在任何時候重新開始產生大量核糖體。這使它能夠對不斷變化的環境做出極其迅速的反應，并從增長轉向節能，”Utz Fischer說。這樣，即使在較差的條件下，細胞也有可能始終保持一定的核糖體蛋白mRNA的基本供應。
圖4 饑餓時5'TOP mRNA轉化為單體
這也與另一項發現相吻合:LARP1本身和mTORC1周圍的信號網絡在不同類型的癌癥中被解除調控，因為它們是決定細胞生長的中心。
參考資料：
[1] An unusual mode of baseline translation adjusts cellular protein synthesis capacity to metabolic needs.
