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细胞为什么一定要有计时器

已有 600 次阅读 2023-7-30 04:12 |个人分类:衰老生物学|系统分类:观点评述

去年我就想过了先用PCR扩增出rDNA然后跟质粒结合送进细胞,这种方法不能去到指定染色体。黄老说要原位扩增也就是说要去到固定的染色体。-陈少颖

问题是任由rDNA随机插入任何一条染色体的任何位置,必将扰乱时钟的计时性,使细胞无法行使正常功能。因此,如何让由PCR扩增的rDNA串联到原位的核仁rDNA上是个挑战

细胞衰老过程不只蛋白质合成速率的减少,同一种细胞不同时间点基因谱也是不一样的,例如,肝细胞在胎儿期表达甲胎蛋白,成年期表达白蛋白,老年期白蛋白表达逐渐下降,另一些蛋白表达上升。这就要一个时钟来驱动。多拷贝的串联重复rDNA拷贝数逐渐减少就具备时钟的计时性。例如,不同拷贝数的rDNA会有不同分布的异染色质/常染色质,从而改变了基因表达谱[Larson K, Yan S J, Tsurumi A, et al. Heterochromatin formation promotes longevity and represses ribosomal RNA synthesis[J]. PLoS Genet, 2012, 8(1):e1002473.Paredes S, Maggert K A. Ribosomal DNA contributes to global chromatin regulation[J]. PNAS, 2009, 106(42):1782917834.]-黄必录

我们把rDNA稳定在细胞年轻时期的水平,让它固定表达它能表达的蛋白,也不影响细胞的运转。比如说肝细胞,我们把它的rDNA稳定在成年时期的水平,相当于把计时功能按了暂停,让成年肝细胞固定表达白蛋白,这有什么问题呢?-陈少颖

癌细胞就是端粒和rDNA稳定在一个水平,失去了计时性,只能无限增殖。

器官组织中的细胞是不停的处于动态更新的状态中,例如,组织中的功能细胞会因为基因突变等原因被免疫细胞清除掉,清除掉的功能细胞要由组织中的干细胞经过几个歩骤分化为功能细胞来填补缺失的功能细胞,而干细胞逐步分化为功能细胞是需要计时的时钟的(每个步骤基因表达谱不一样,本质上就是一种时钟)。这篇题为《《自然》双重磅:破解肺腺癌之迷!科学家发现,p53KRAS在天平两端的博弈,是肺腺癌发生的驱动力[https://www.nature.com/articles/s41586-023-06253-8#]提到:“研究者们利用单细胞RNA测序等技术,对小鼠肺部细胞的基因表达模式进行分析。结果发现,上述小鼠模型的肿瘤细胞具有明显不同的转录谱,有超过5000个与p53相关的差异表达基因。”。按照《细胞衰老的端粒DNA和核糖体DNA共调控假说》认为的rDNA拷贝数与P53浓度呈负相关,也就是说,如果rDNA拷贝数稳定在一个水平,P53浓度也是稳定在一定水平(失去计时性),基因表达谱就不会随着时间的推移而改变,干细胞也只能定格在一种状态,这样就无法经过几个步骤分化为功能细胞了,这和癌细胞一样不受控制地只能无限分裂了,因此,正常细胞必须要有时钟装置才能完成复杂的个体、器官和组织水平上的生长、分化和更新等功能。-原创:黄必录




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