细胞是如何“丈量”自身的大小的？

在生物体中，单个细胞必须生长和分裂才能产生新的细胞。然而，细胞如何感觉到它们的体积大到足以分裂成两个？

来源:皮克斯拜

作者|埃里卡·卡尔森

翻译|王林涛

校订|戴晨

在生物体中，单个细胞必须生长和分裂才能产生新的细胞。然而，细胞如何感觉到它们的体积大到足以分裂成两个？斯坦福大学的简·斯库特海姆领导的一项研究表明，细胞似乎能够感觉到体内的某些蛋白质被完全稀释了。

仅仅几年前，科学家首次提出细胞可能通过感知蛋白质稀释来控制细胞大小。后来，他们继续探索这一生理过程中的新问题。最近，斯科特海姆和他的同事叶夫根尼·扎图洛夫斯基在《遗传学趋势》上发表了一篇评论，描述了动物细胞控制自身大小的问题，这些问题已经得到了明确的研究。通过最近的实验，斯科特海姆的研究小组解决了细胞如何控制其大小的部分新问题。

斯科特海姆说:“理解细胞如何控制自己的大小是细胞生物学的基础。”细胞大小决定着细胞器的大小，这也影响着细胞生产蛋白质和其他具有关键功能的分子的方式。然而，科学家不知道细胞是如何生长和分裂成同类的“正常大小”细胞的。例如，典型的人类红细胞是直径为几微米的盘状细胞，但骨骼肌细胞是长度为几厘米的细长结构。

正在生长和分裂的酵母细胞。控制细胞分裂的机制与特定蛋白质的浓度密切相关(亮区)。

作为博士后研究员，斯科特海姆看到了细胞生长和分裂的延迟视频，并首次被细胞大小的难题所吸引。从那以后，研究物理和应用数学的斯科特海姆将他的研究方向转向了生物学。由于他以前的研究和训练，他特别热衷于研究细胞如何感知自己的身体特征并采取相应的行动。令他困惑的是:“细胞甚至说微生物用什么机制来测量它们的大小？细胞大小如何转化为生化信号并触发细胞分裂？”

2008年，他在斯科特海姆拥有自己的实验室后不久，他开始寻找控制细胞大小的分子机制。当时，研究人员普遍推测，随着细胞的生长，它们能产生的特定蛋白质的数量会增加。然而，斯科特海姆的博士后学者库尔特·施莫尔认为，细胞大小可能与体内蛋白质的稀释有关。如果一个细胞产生的某种蛋白质有固定的量，当细胞变大时，蛋白质就会被稀释，这样细胞就能知道分裂所需的时间。

Schmoller，Skotheim和其他人通过时间延迟技术测量了在生长和分裂过程中细胞质中各种蛋白质的浓度。2015年不久，他们发现了一种叫做Whi5的蛋白质，可以阻止酵母细胞分裂。随着细胞的生长，酵母会不断产生其他蛋白质，但只产生一定量的Whi5蛋白质，这也意味着这种蛋白质会被稀释。当Whi5蛋白被稀释到特定值时，细胞也会分裂。后来，斯科特海姆合作的另一名博士后研究员扎图洛夫斯基在人类细胞中发现了类似的机制。具有肿瘤抑制作用的Rb蛋白也随着细胞生长而稀释，并且在控制细胞分裂方面具有与Whi5蛋白相似的效果。

现在，研究人员已经将细胞大小与蛋白质稀释程度联系起来，他们希望对控制这些蛋白质合成的分子机制有更详细的了解。例如，斯科特海姆的研究小组发现，Whi5蛋白的形成过程与细胞大小无关，酵母细胞总是产生相同数量的蛋白质。

斯科特海姆说，有物理背景的研究人员可以给生物学研究带来不同的研究角度和互补的思维方式。当遗传学家和微生物学家试图识别细胞的新成分并理解细胞的整体复杂性时，物理学家更感兴趣的是找到简单的概念，类似于特定蛋白质的稀释，这可以形成细胞行为的基础。“物理学家希望将研究结果归结为一个能够解释尽可能多的现象的概念，”斯考特海姆说。

原始链接:https://physics.aps.org/articles/v13/35

原始标题:细胞如何“测量”自己的大小？