![pageSearch](/themes/hestia/images/page-search.webp)
11 советов, которые вам понадобятся при приготовлении пищи на керамической сковороде
Jun 09, 2023Обзор 2022 года: без рамки
Jul 24, 20233M достигла урегулирования спора по сделкам PFA на сумму 10,3 миллиарда долларов
Mar 26, 20243M выплатит многомиллиардный счет
May 17, 2024Критическая роль эубиотической микробиоты в обеспечении правильной иммунокомпетентности у Arabidopsis
Sep 11, 2023Временная сегрегация процессов биосинтеза отвечает за метаболические колебания во время клеточного цикла почкующихся дрожжей.
![Oct 24, 2023](/themes/hestia/images/news-details-icon1.webp)
Природный метаболизм, том 5, страницы 294–313 (2023 г.) Процитировать эту статью
8228 Доступов
2 цитаты
117 Альтметрика
Подробности о метриках
Были идентифицированы многие клеточные биологические и биохимические механизмы, контролирующие фундаментальный процесс деления эукариотических клеток; однако временная динамика биосинтетических процессов во время цикла деления клеток все еще неуловима. Здесь мы показываем, что ключевые процессы биосинтеза временно разделены на протяжении клеточного цикла. Используя почкующиеся дрожжи в качестве модели и одноклеточные методы для динамического измерения метаболической активности, мы наблюдаем два пика синтеза белка: в фазе G1 и S/G2/M, тогда как синтез липидов и полисахаридов достигает максимума только один раз, во время S/G2. /М фаза. Интегрируя предполагаемые скорости биосинтеза в термодинамически-стехиометрическую метаболическую модель, мы обнаруживаем, что эта временная сегрегация в процессах биосинтеза вызывает изменения потока в первичном метаболизме с ускорением потока поглощения глюкозы в G1 и фазовыми колебаниями обмена кислорода и углекислого газа. . Посредством экспериментальной проверки предсказаний модели мы демонстрируем, что первичный метаболизм колеблется с периодичностью клеточного цикла, чтобы удовлетворить изменяющиеся потребности биосинтетических процессов, демонстрируя неожиданную динамику в течение клеточного цикла.
Рост и деление клеток являются фундаментальными биологическими процессами. Хотя у нас есть четкое представление о клеточных биологических и биохимических механизмах, контролирующих цикл клеточного деления, мы знаем гораздо меньше о временной динамике биосинтеза и первичного метаболизма, которые управляют ростом клеток во время клеточного цикла. Хотя известно, что биосинтез ДНК временно ограничен в пределах S-фазы, динамика других основных процессов биосинтеза, таких как синтез белков и липидов, остается неясной; постоянно ли активны биосинтетические процессы на протяжении всего клеточного цикла? Если их активность меняется, одинаково ли изменяются скорости различных биосинтетических процессов? Такие знания необходимы для раскрытия механизмов регуляции клеточного роста, дефекты которых связаны с заболеваниями1,2.
В настоящее время считается, что синтез белка увеличивается либо с экспоненциальной, либо с постоянной скоростью на протяжении всего клеточного цикла дрожжей, что определяется исследованиями на популяционном уровне с радиоактивным мечением3,4,5 и анализом отдельных клеток6,7. Однако недавно мы обнаружили, что скорость производства зеленого флуоресцентного белка (GFP), контролируемая эндогенным промотором TEF1, достигает максимума в G1 (ссылка 8), что указывает на то, что биосинтетическая активность белка на самом деле может быть немонотонной в течение клеточного цикла. Этот вывод согласуется с наблюдаемым пиком содержания рибосомальных белков в G1 (ссылка 9), хотя другие не обнаружили такой динамики10. Аналогичным образом, экспрессия генов, связанных с биогенезом и трансляцией рибосом, также наблюдается с пиком в G1 (ссылки 10,11); однако исследования секвенирования одноклеточной РНК (RNA-seq) сообщили либо о небольшом увеличении мРНК рибосомального белка в G1 (ссылка 12), либо об отсутствии заметных различий в течение клеточного цикла13. Что касается других классов макромолекул, таких как липиды и нуклеиновые кислоты, их биосинтез также ускоряется во время определенных фаз клеточного цикла согласно недавним мультиомным исследованиям9,10. Тем не менее, молекулярное содержание, измеренное в этих исследованиях, предоставляет лишь косвенное свидетельство реальных скоростей биосинтеза. Таким образом, временная динамика биосинтетической активности во время клеточного цикла все еще во многом неуловима. Ответ на этот вопрос, вероятно, потребует динамического измерения скорости клеточного цикла, что на данный момент представляет собой огромные технические проблемы.
Здесь, используя почкующиеся дрожжи в качестве модели и применяя динамическую флуоресцентную микроскопию отдельных клеток с новым методом «останови и ответь», мы обнаружили, что активность биосинтеза белков, липидов и полисахаридов не является ни экспоненциальной, ни постоянной в течение клеточного цикла. В частности, мы обнаружили, что биосинтез белка демонстрирует две волны активности на клеточный цикл, тогда как активность биосинтеза липидов и полисахаридов низкая во время первой волны биосинтеза белка в G1, но высокая во время второй волны в S/G2/M. Мы преобразовали обнаруженные закономерности биосинтетической активности в абсолютные единицы с помощью математической модели динамики клеточной массы, интегрировали их в термодинамически-стехиометрическую метаболическую модель и тем самым сделали выводы о динамике первичных метаболических потоков в клеточном цикле. Поскольку мы смогли экспериментально подтвердить предполагаемые изменения метаболического потока, это предоставило дополнительные доказательства обнаруженных динамических закономерностей биосинтетической активности, а также позволило нам заключить, что временная сегрегация в биосинтетических процессах должна быть ответственна за часовые колебания первичного метаболизма. . Наша работа показывает, что рост клеток в течение клеточного цикла представляет собой совокупность разделенных во времени биосинтетических и первичных метаболических процессов, что дает фундаментальное понимание самых основ клеточной физиологии.