在細(xì)胞面臨饑餓環(huán)境時(shí)，它們會(huì)通過(guò)重新調(diào)整代謝途徑來(lái)應(yīng)對(duì)壓力。比如在酵母細(xì)胞中，核糖體會(huì)附著在線粒體表面，這種現(xiàn)象長(zhǎng)期以來(lái)引起了科學(xué)家們的興趣，因?yàn)檫@或許可以幫助我們理解癌細(xì)胞——總是對(duì)營(yíng)養(yǎng)需求旺盛——如何在惡劣環(huán)境中仍然能夠生存。

為了更深入地研究核糖體與線粒體的相互作用，來(lái)自歐洲分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室（EMBL）和弗吉尼亞大學(xué)（UV）的科學(xué)家們利用了冷凍電子顯微鏡和冷凍電子斷層掃描技術(shù)，對(duì)酵母菌種裂殖酵母（Schizosaccharomyces pombe）在葡萄糖匱乏環(huán)境下的生存機(jī)制進(jìn)行了分子層面的觀察。

這一研究由EMBL的Simone Mattei博士和UV的Ahmad Jomaa博士領(lǐng)導(dǎo)，研究結(jié)果發(fā)表在《Nature Communications》期刊上，標(biāo)題為《細(xì)胞壓力下核糖體在線粒體上的休眠》。研究團(tuán)隊(duì)在文章中寫(xiě)道：“我們的研究揭示了一種全新的適應(yīng)機(jī)制，它在真核系統(tǒng)中起到維持生存的作用。這一機(jī)制通過(guò)將蛋白質(zhì)合成機(jī)制招募到線粒體并暫停生物合成活動(dòng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)能量的調(diào)控。這樣的響應(yīng)依賴于細(xì)胞器和分子水平的重組，推動(dòng)了細(xì)胞進(jìn)入休眠狀態(tài)。”

具體來(lái)說(shuō)，研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)酵母細(xì)胞缺乏葡萄糖時(shí)，它們會(huì)停止蛋白質(zhì)合成，轉(zhuǎn)而使用核糖體和線粒體的特殊結(jié)合機(jī)制。研究團(tuán)隊(duì)解釋道：“在饑餓條件下，核糖體會(huì)與碎裂的線粒體結(jié)合，并在線粒體表面組裝成真核特有的高階貯存結(jié)構(gòu)?！?/p>

核糖體是細(xì)胞中負(fù)責(zé)合成蛋白質(zhì)的重要分子機(jī)器。然而，研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)酵母細(xì)胞饑餓時(shí)，這些附著在線粒體表面的核糖體并沒(méi)有繼續(xù)合成蛋白質(zhì)，而是進(jìn)入了一種“休眠”狀態(tài)。

“細(xì)胞在面對(duì)惡劣環(huán)境時(shí)的一種生存策略是將能量消耗降至最低，”Mattei團(tuán)隊(duì)的博士后研究員、該研究的第一作者Olivier Gemin博士解釋道。“蛋白質(zhì)合成需要大量能量，而阻斷核糖體活動(dòng)可以幫助細(xì)胞節(jié)省能量。”

至于為什么休眠的核糖體會(huì)附著在線粒體表面，目前還不是完全清楚。

“有幾種可能的解釋，”Mattei博士表示?！梆囸I的細(xì)胞最終會(huì)啟動(dòng)自噬過(guò)程，因此核糖體可能是為了保護(hù)線粒體才覆蓋在其表面。它們也可能是為了激活線粒體內(nèi)部的信號(hào)傳導(dǎo)?！?/p>

Mattei博士正在探討的另一種可能性是，饑餓的細(xì)胞需要一種方式來(lái)迅速恢復(fù)能量生產(chǎn)。一旦有葡萄糖補(bǔ)充，線粒體作為細(xì)胞的能量工廠，靠近的核糖體可以幫助線粒體快速合成所需的蛋白質(zhì)。

讓科學(xué)家們驚訝的是，這些核糖體附著在線粒體外膜的方式與以往的認(rèn)知截然不同。

“之前我們知道核糖體通常是通過(guò)其大亞基與膜相互作用，但在饑餓細(xì)胞中，我們發(fā)現(xiàn)它們是‘倒置’的，通過(guò)小亞基與膜結(jié)合！”Mattei指出。

在未來(lái)的研究中，團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)探索這種非同尋常的結(jié)合方式的原因和機(jī)制。

饑餓中的酵母細(xì)胞的掙扎與癌細(xì)胞的生存策略有相似之處。

實(shí)際上，癌細(xì)胞的生存環(huán)境非常艱難。當(dāng)腫瘤變得具有侵襲性時(shí)，細(xì)胞的快速生長(zhǎng)使其對(duì)營(yíng)養(yǎng)和氧氣的需求遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)供應(yīng)。這意味著大多數(shù)癌細(xì)胞常常處于一種“自我制造的地獄”中——不斷饑餓，卻依然生存并增殖。

“這就是為什么我們需要了解細(xì)胞在饑餓中如何適應(yīng)并進(jìn)入休眠以求生存，”Jomaa博士說(shuō)。“為此，我們首先研究酵母，因?yàn)樗牟僮飨鄬?duì)容易。此外，我們還嘗試對(duì)培養(yǎng)的癌細(xì)胞進(jìn)行饑餓處理，盡管這并不簡(jiǎn)單，以期找到它們?nèi)绾慰朔囸I并可能導(dǎo)致癌癥復(fù)發(fā)的機(jī)制?！?/p>

理解這種適應(yīng)的基本原理或許能幫助我們找到打破這種機(jī)制的方法，使癌細(xì)胞對(duì)饑餓更為脆弱，從而提高治療的效果。

參考文獻(xiàn)：https://www.nature.com/articles/s41467-024-52911-4

編輯：王洪

排版：李麗