细胞凋亡通过触发波在细胞中传播

2018-08-16 09:30

  两只手向上挥动会发作一个又一个次声波,直到次声波在整个体育场里传达到很远的当地。这种滚动式激增是由一种或几种事情的活动所激起的,因而被称为触发波(trigger wave)。触发波需求两个首要要素:一个正反馈循环和一个阈值,幻想一下倒下的多米诺骨牌。一个多米诺骨牌倒在另一个多米诺骨牌上,并触发后者倒在下一个多米诺骨牌上。这个阈值是让一个多米诺骨牌彻底倒下所需的力气;假如施加一个略低于这个阈值的力气,那么一个多米诺骨牌将会摇晃并从头回到站立的方位,可是一旦施加一个到达这个阈值的力气,一个多米诺骨牌就会倒下。
  
  人们之前已发现在细胞周期中,细胞经过割裂发作新的细胞,而且触发波可以调理新细胞的发作。神经元动作电位也是如此,这就答应神经元经过电脉冲传达信号。
  
  作为一种比较简单了解的细胞逝世方法,细胞凋亡依然让科学家们感到奥秘。美国斯坦福大学生物化学教授、化学与体系生物学教授James Ferrell博士说,“有时,咱们的细胞死掉,其实咱们并不期望它们死掉,比方神经退行性疾病中的神经元。有时,咱们的细胞不会 逝世,其实咱们真地期望它们死掉,比方癌症中的癌细胞。假如咱们想要干涉的话,那么咱们需求了解细胞凋亡是怎么遭到调理的。”
  
  像野火相同传达在一项新的研讨中,Ferrell和博士后研讨员Xianrui Cheng博士发现在细胞凋亡中,细胞逝世也是经过触发波进行分散的。一旦细胞逝世开端发动(不论是疾病仍是其他方法),细胞中的特定杀伤蛋白---蛋白酶caspase,全称为含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶---遭到 激活。随后,这些蛋白经过漂浮与其他的caspase触摸并激活它们;这些其他的caspase也纷繁仿效直到整个细胞死掉。相关研讨结果宣布在2018年8月10日的Science期刊上,论文标题为“Apoptosis propagates through the cytoplasm as trigger waves”。
  
  说,“它以这种方法进行分散,永不减速,永不消失。它的起伏并没有任何下降,这是由于在发作本身动力的每一步中,它经过将更多非活性的分子转化为活性分子直到细胞凋亡分散到细胞的每个旮旯和裂缝。”
  
  为了调查逝世对单个细胞的影响,Cheng和Ferrell运用了非洲爪蟾蛙的卵子。当细胞发作凋亡时,非洲爪蟾蛙的卵子具有较大的尺度,这使得它们成为肉眼调查逝世怎么从细胞的一端分散到另一端的首要候选目标。
  
  首要,Ferrell和Cheng从卵子中提取出液体并将这种提取物加入到几毫米长的特氟龙管中,并经过分子“逝世信号”发动细胞凋亡。经过运用一种与细胞凋亡激活相关的荧光技能,这两名研讨人员调查到当亮绿色的荧光以稳定速度向下移动时,这标明细胞凋亡经过触发 波进行传达,而不是经过其他的一些更根本的机制(比方分散)进行传达。
  
  问题是在细胞中发作的细胞凋亡也是这样传达的吗?
  
  使用荧光显微镜进行调查是十分困难的,这是由于完好的非洲爪蟾蛙卵子是十分不透明的。可是,Ferrell和Cheng注意到当非洲爪蟾蛙卵子逝世时,一种色素冷静波纹(ripple of pigmentation)会在这种卵子的表面上发作。这两名研讨人员发现,在逝世进程中,一条 黑色的波纹像一条曲线相同从一侧到另一侧以稳定的速度穿过卵子。这个表面波的速度是稳定的而且没有减速,即这也会构成触发波。因而,为了进一步证明这一点,他们剖析了单个逝世的卵子:每个经历过这种表面波的卵子都含有激活的蛋白酶caspase,而没有经历过 这种表面波的卵子则不含有。总归,有更多的依据标明触发波也会在完好的细胞中传达细胞逝世信号。
  
  一系列触发波到目前为止,细胞凋亡是断定的仅有经过触发波进行传达的细胞逝世方法,可是Ferrell正在研讨生物学中的其他进程,以便这种接连波是否可能在其间起作用。
  
  现在,他们正在研讨触发波是否可能决议着咱们的先天免疫反应在细胞间的传达方法。病毒经过触发波在细胞间传达,因而有理由以为咱们的初始免疫防护线也可能选用相同的战略。
  
  说,“咱们具有关于各种生物中蛋白和基因的一切信息。咱们证明长途通讯可以经过触发波完成。这些触发波取决于正反馈循环、阈值和空间耦合机制等。这些要素遍及于生物调理的各个方面。现在,咱们想知道在其他的哪些当地是否也会发现触发波