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2022-10-01 11:16

单细胞比科学家之前认为的更聪明

Cell Division Animation

分还是不分?单个细胞做出决定的自主性比我们之前想象的要高得多。

细胞做出选择Sed不仅作用于生长因子等外部信号,还作用于细胞内部接收到的信息。

每一天,人类都在为自己做选择。为了确保做出的决定适合当时的情况,这些决定通常需要结合一系列上下文线索。我们的感官为我们提供了做决定所需的丰富知识。它们捕捉到我们周围环境的某些细节,比如视觉和听觉信息,我们的大脑将这些信息结合起来,建立起一个整体的感知。这被称为多感官或多模式感知。

细胞在做出选择时要考虑自身的状态

在这方面,单个细胞与人类没有什么不同。他们不断做出重要的决定,比如是否分开。因此,苏黎世大学(UZH)的研究人员将在人类中发现的情境、多模态感知的概念扩展到单个细胞。令人惊讶的是,科学家们发现单细胞做决定的自主性比之前想象的要高得多。

卢卡斯·佩尔克曼斯说:“单个细胞的充分决策使用多模态感知,使细胞能够将生长因子等外部信号与细胞内部信息(如细胞细胞器的数量)结合起来。”Pelkmans是UZH分子生命科学系的教授。

有时,这样的内部线索可以压倒外部刺激:例如,在肿瘤中,特定细胞的实际状态压倒了抗增殖药物的治疗,从而使它们具有耐药性。“这种抗药性是对抗癌症的一个主要问题。解决方案可能来自于考虑单个细胞经历的上下文线索,并最终改变它们,”Pelkmans说。

同时分析数百万细胞中的数十种蛋白质

为了测试细胞是否像人类一样根据情境、多模态感知做出决定,科学家们必须同时测量多个信号节点(细胞的外部传感器)的活动,以及来自细胞内部的几种潜在线索,如局部环境和细胞细胞器的数量。一切都必须在单个细胞和数百万个细胞中进行分析。该研究的第一作者Bernhard Kramer说:“为了做到这一点,我们使用了UZH开发的‘4i’方法,它允许我们使用荧光显微镜同时可视化和量化单细胞中多达80种不同的蛋白质和蛋白质修饰。”

研究人员发现,细胞中单个传感器活动的可变性与内部线索的变化密切相关。例如,线粒体(细胞的发电站)的丰富程度从根本上影响着单个细胞如何感知外部刺激。此外,每个传感器集成了来自细胞内部的不同线索。当研究人员评估单个细胞的一个重要决定时——即增殖或在生长刺激下保持静止——他们发现,细胞的选择是由多个传感器的感知调节的,并可预测地受到细胞内部状态线索的调节。

细胞能智能地做出决定

“对于细胞的任何特定决定,所有外部信号和内部线索都必须被一致看待。单细胞因此能够做出充分的环境依赖性决策——因此显然比之前认为的要聪明,”博士候选人克莱默说。

参考文献:Bernhard A. Kramer、Jacobo Sarabia del Castillo和Lucas Pelkmans“多模态感知将细胞状态链接到单细胞决策”,2022年7月14日,《科学》。DOI: 10.1126 / science.abf4062