细胞同时处理多个信号的原因找到了(细胞如何对信号进行整合和控制)

2022-03-18 10:08:15

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　　近日，德国分子医学研究中心（MDC）的研究人员发现，纳米结构域构成独立的信号单元是单个细胞可同时处理成百上千个信号的原因。研究人员认为，该研究成果将开辟一个全新的细胞生物学研究领域。相关研究成果发表在最近一期《细胞》杂志上。

　　活细胞暴露于各种刺激之中。无数信使物质停靠在它们的表面并触发细胞内的信号级联。这是细胞表面受体接受外界信号做出应答并将信号逐级在细胞内传递、放大和增强的过程。其中，G蛋白偶联受体（GPCR）属于“第一信使”，负责将细胞外刺激传递给特定的细胞功能。尽管有许多不同的GPCR，但所有这些GPCR仅向少数“第二信使”发出信号，例如环磷酸腺苷（cAMP）。

　　现在，德国亥姆霍兹协会马克斯·德尔布吕克分子医学中心的安德烈亚斯·博克教授领导的研究团队发现，单个GPCR通过与受体相关的独立cAMP纳米结构域（RAIN）发出信号，这些结构域构成自给自足的独立细胞信号单元，不受来自其他受体和细胞区室的cAMP的影响。

　　研究人员使用荧光显微镜观察分离的单细胞，研究来自两个不同受体的cAMP信号如何在一个细胞中平行出现并进行处理。其中一种受体对胰岛素分泌很重要，另一种则影响心肺功能。科学家们发现，激活的受体直接形成一个半径在30到60纳米的微小区域。博克教授将这个纳米空间比喻成弹出式工厂，当“命令”到来时，它会出现在细胞膜上并立即开始工作。“当一个这样的纳米空间被填满时，cAMP会溢出到下一个，触发信号级联到细胞内部。”

　　纳米结构域的发现使得细胞中信号通道的复杂性增加很多倍。受体产生的信号开始只会影响附近的酶。细胞中的其他区域不会受影响。这允许非常精确地打开和关闭信号路径。研究人员认为，细胞质中存在信号纳米架构，可按需打开。这样的凝胶状结构会阻止cAMP从微小空间中扩散出来。众多纳米结构域的共存允许单个细胞同时操作数千个独立的信号，而不是简单地“开”或“关”。

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