细胞复兴的秘密透露出来

来自冲绳科学技术研究生院(OIST)的科学家在营养有限的环境条件下确定了85个在休息时裂殖酵母细胞必需的基因，以保持其恢复分裂模式的能力。该研究揭示了癌症干细胞等静息细胞重新激活所需的遗传网络，并在开发治疗癌症的新疗法方面具有潜在的应用价值。该研究发表在Science Advances杂志上。

在所有生物体中，当营养和环境条件有利于细胞分裂时，细胞繁殖。通过氮源获得充足的营养是启动细胞分裂过程所必需的主要决定因素之一，因为需要氮来制造DNA，RNA和蛋白质。当不存在外部氮源时，细胞必须循环细胞内氮源并保持非分裂(静止)状态，或者称为G0相。培养基含有过量的碳能源(葡萄糖)，因此脑或肌肉中G0细胞的代谢是完全活跃的。在G0阶段，细胞变成不同于分裂模式的形状，它们改变了它们的工作方式，以应对氮源的稀缺性，仅当有利量的氮返回时才重新激活分裂。细胞重新开始细胞分裂过程的这种能力被称为有丝分裂能力(MC)。

“理解G0细胞如何保持其在体验有利条件下恢复自身的能力是很重要的，”Mitsuhiro Yanagida教授实验室的研究员Kenichi Sajiki博士说，他是该论文的第一作者。在这项研究中，他和他的同事检查了3280个裂殖酵母缺失突变细胞株的集合，这些细胞株的一个基因部分或完全缺失。

通过为裂殖酵母细胞提供必需的营养物质，促进裂殖酵母细胞的生长和繁殖。随后切断它们的氮供应以诱导G0相。一旦诱导G0期，酵母细胞就保持这种状态长达四周。在那段时间结束时，他们通过恢复氮供应恢复到分裂模式。

天然存在的或野生型裂殖酵母细胞即使在其氮供应被缩短之后也可以毫不费力地在G0期保持MC超过四周。然而，在所检查的总共3280个突变酵母菌株中，85个表现出较短的MC周期。因此，科学家推断这85个缺失的基因对酵母细胞在G0期维持MC至关重要。令他们惊讶的是，据报道，这些基因中有近一半与癌症有关，这表明G0细胞中MC的维持与癌细胞恶性分裂之间存在紧密联系。。最近，发现癌性肿瘤中的干细胞保持在G0期，同时暴露于靶向分裂细胞的常规癌症疗法，并且随后重新激活自身并再次开始分裂。因此，对这85个基因的研究可能会提出针对此类癌症干细胞的新疗法。

具有最短MC的突变酵母细胞缺失nem1，nem1是与蛋白质去磷酸化相关的基因。去磷酸化是细胞内信号转移所必需的过程，其通过改变多种蛋白质的活性而发生。另一方面，缺乏负责重构DNA结构和细胞内不必要物质降解的基因的细胞表现出较长的MC持续时间，这意味着这些功能是延长G0期所必需的。因此，这些观察结果有助于确定维持MC所需的细胞功能的时间。

在失去MC时，缺乏nem1的细胞显示出异常形状的细胞核。这是信号传导途径失去控制的结果，负责降解细胞部分。Sajiki博士还发现Nem1能够使另一种名为Ned1的基因产物去磷酸化，该产物可控制细胞内的脂质平衡，并且其功能障碍会导致细胞核崩解。因此，这证实了两个基因nem1-ned1在细胞从增殖转变为静止期间在保护细胞核中发挥重要作用，导致内部细胞成分过度降解，同时维持MC。

nem1作为调节因子和ned1作为靶标的这种关系也提出了维持MC的遗传网络的新框架，因为支持研究表明，仅在G0期MC维持需要nem1，而G0中需要ned1分阶段。一些基因可能作为G0特异性开关起作用，并且它们的靶基因可能作为管家基因起作用。科学家将G0开关的这些基因命名为G-zero必需(GZE)基因和管家基因作为超级管家(SHK)基因，并确定每组约80个基因。

Yanagida教授说：“本文是我们理解MC如何在G0细胞内维持的真正突破.MC维护需要两组基因，每组少于100个，至少在一个案例中Nem1和Ned1每个代表两组，直接进行蛋白质去磷酸化作用.Sajiki博士作为OIST的研究生发现了第一组SHK基因，现在，9年后，他和他在OIST G0细胞单位的同事发现了新一代85 GZE基因。我预测Sajiki博士和其他有兴趣充分理解这些基因关系的研究人员会有许多令人兴奋的发现。“

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