加速分裂 不稳定的蛋白质是细胞分裂的主要开关

极不稳定的蛋白质Cln3似乎是激活发芽酵母中细胞分裂的主要开关。当蛋白质合成速率超过细胞体积增加速率时，Cln3浓度仅达到足以触发细胞分裂过程的水平。格罗宁根大学的科学家与瑞士的同事于11月4日在《自然细胞生物学》杂志上发表了这一发现。

尽管细胞无法思考，但它们仍必须根据环境条件“决定”是分裂还是进入休眠状态。三十年前，发现细胞周期蛋白依赖性激酶(CDK)复合物是细胞分裂周期的主要调节因子。然而，直到今天，细胞决定启动新分裂周期的确切机制仍不清楚。

振荡

三年前，格罗宁根大学的系统生物学家Matthias Heinemann证明，细胞代谢的振荡可能是发芽酵母中细胞周期的“导体”。他的研究小组现在发现了一个新难题，一种叫做Cln3 的酵母蛋白。先前已知Cln3与CDK形成复合物并进入运动过程，提示细胞启动新的分裂周期。“但是，由于人们认为Cln3的浓度在细胞分裂周期中保持恒定，因此尚不清楚CIn3如何影响细胞分裂的决定，” Heinemann解释说。而且，Cln3非常不稳定，并且很难测量其浓度，因为一旦产生，它几乎立即被分解。

为了调查Cln3在细胞决定启动新分裂周期中的作用，Heinemann及其研究团队(包括他的同事Andreas Milias-Argeitis)共同实施了另一种方法来测量CIn3随时间的生产率。通常，将添加绿色荧光蛋白的基因(GFP)旁边的Cln3基因。当产生Cln3-GFP时，这将导致荧光。“但在这种情况下，GFP会与Cln3一起迅速分解，无法检测到荧光，” Milias-Argeitis解释说。通过在Cln3和GFP之间包含一个额外的小肽，可以解决此问题。“一旦产生了新的融合蛋白，这种额外的肽就会自Cln3自身裂解并释放GFP。因此，Cln3被分解，但GFP保留在细胞中并且可以被检测到。” 因此，可以测量Cln3的生产率。

荧光显微镜使用蓝光可视化绿色荧光蛋白(GFP)。图片来源：Paolo Guerra

去耦

该研究的第一作者Athanasios Litsios提出了自裂解肽的概念，他对微流控芯片中生长的单细胞进行了许多艰苦的GFP荧光测量，并在显微镜下进行了观察，同时还测量了细胞体积。这些测量结果表明，Cln3的浓度在细胞决定启动分裂周期之前达到峰值。Cln3浓度的测量较早完成，但正如Heinemann所解释的那样，仅使用在大型细胞群体中平均的技术。“在那种情况下，Cln3浓度的峰值在整个细胞群体中平均。”

这种峰值蛋白质水平的显着之处在于它发生在蛋白质生产速度超过细胞体积增加的阶段。小ilia虫病解释如下。“这意味着蛋白质合成与代谢过程之间存在脱钩，从而导致细胞体积增加。” 这种解耦可以解释海涅曼先前观察到的某些代谢振荡，并且在细胞分裂周期的启动中也起作用。

有趣的

这项研究的发现表明，进入细胞分裂周期的决定是由Cln3浓度的峰值触发的，而Cln3浓度的峰值又由蛋白质合成速率的提高驱动。也许这个过程表明了一种机制，使细胞能够“评估”环境条件是否有利于蛋白质生产-这一过程对于细胞分裂很重要。Heinemann观察到，“在细胞决定开始新的分裂周期之前蛋白质产量增加的观察结果非常有趣。我们将必须对此进行调查，以找出造成这种增加的过程，当然，还涉及什么分子机制。”