淺談細(xì)胞生物學(xué)研究進(jìn)展

宋曉越

(西安海棠學(xué)院 陜西西安 710038)

自基因重組技術(shù)出現(xiàn)以來,細(xì)胞生物學(xué)與分子生物學(xué)的結(jié)合越來越緊密,研究細(xì)胞分子結(jié)構(gòu)和其在生命活動中的作用成為主要任務(wù),其中基因調(diào)控、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、腫瘤生物學(xué)、細(xì)胞分化和凋亡是目前的研究熱點。

1 基因調(diào)控

1.1 基因表達(dá)調(diào)控的類型

生物體的所有細(xì)胞都包含相同的DNA,但其結(jié)構(gòu)和功能卻明顯不同。這是由于細(xì)胞內(nèi)存在復(fù)雜而有序的調(diào)控機制,能特異性表達(dá)基因。真核表達(dá)受細(xì)胞核及核外多層次的調(diào)節(jié),主要包括遺傳調(diào)控和表觀遺傳調(diào)控。遺傳調(diào)控又包括:(1)基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控:調(diào)控基因表達(dá)的時間與速率;(2)轉(zhuǎn)錄后加工調(diào)控:特別是調(diào)控mRNA前體選擇性剪接;(3)翻譯調(diào)控:選擇特定RNA翻譯成蛋白質(zhì);(4)RNA降解調(diào)控:干擾細(xì)胞中部分RNA的穩(wěn)定性;(5)蛋白質(zhì)活性調(diào)控:蛋白質(zhì)的激活、滅活、降解及區(qū)室化。表觀遺傳調(diào)控指轉(zhuǎn)錄前在染色質(zhì)水平上的結(jié)構(gòu)調(diào)整,是真核基因組一種獨特的調(diào)控機制［2］。目前,表觀遺傳學(xué)研究已越來越成為基因表達(dá)調(diào)控的研究熱點之一。

1.2 基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)

基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)可表征細(xì)胞內(nèi)所有基因間復(fù)雜的相互關(guān)系。目前,發(fā)展了若干建模方法,主要包括布爾網(wǎng)絡(luò)模型、線性網(wǎng)絡(luò)模型及貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型等。布爾網(wǎng)絡(luò)模型[1]把基因定量為兩種不同狀態(tài)(“開”及“關(guān)”)。分別表示基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)和未轉(zhuǎn)錄。如該模型進(jìn)一步推廣,可轉(zhuǎn)變?yōu)闀r序布爾網(wǎng)絡(luò)模型TBN［3］,有利于處理多個單位時間跨度的基因間關(guān)系。線性組合模型[4]是連續(xù)網(wǎng)絡(luò)模型,但目前測量均限于基因數(shù)要遠(yuǎn)超過時間點數(shù),因此其解集不是唯一,從而難有生物學(xué)意義。貝葉斯網(wǎng)絡(luò)[1]是種重要的概率模型,由條件概率分布及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)組成。優(yōu)點是使用條件獨立的數(shù)學(xué)概念,把聚合概率分布問題分解為若干局部條件概率分布問題;具良好學(xué)習(xí)能力;能很好地處理隱變量及數(shù)據(jù)缺失問題。不足是不能明顯表現(xiàn)出基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的動力學(xué)特征。微分方程模型優(yōu)點在于強大靈活,有利于描述基因網(wǎng)絡(luò)中復(fù)雜關(guān)系,特別適用周期性表達(dá)基因[1]。缺點在于實驗中蛋白質(zhì)含量較難獲得,也忽略了其他調(diào)控物影響。

2 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)

細(xì)胞及細(xì)胞間信息交流由上百種不同信號分子介導(dǎo),包括肽類、核酸、甾體、視黃素類、脂肪酸類等。信號分子可被特異性受體識別并激活受體,通過對下游效應(yīng)分子的修飾將信號傳遞到細(xì)胞內(nèi)各部位。研究細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的基本方法和研究成果已對現(xiàn)代生命科學(xué)的各個學(xué)科領(lǐng)域發(fā)展產(chǎn)生了深刻影響和巨大的推動作用,成為現(xiàn)代生命科學(xué)的重要基礎(chǔ)之一。

此外,對細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機理的研究能在細(xì)胞及分于水平闡明許多人類疾病產(chǎn)生的原因,并據(jù)此研制新藥。目前,國際暢銷的前100種藥中約2／3以上是信號轉(zhuǎn)導(dǎo)分子或其靶向是信號轉(zhuǎn)導(dǎo)分子。因此,細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)研究成果的應(yīng)用不僅直接造福于人同時且也創(chuàng)造了極大的經(jīng)濟效益。

3 空間細(xì)胞生物學(xué)

空間飛行可致肌肉萎縮、心血管功能障礙、內(nèi)分泌紊亂、免疫力下降、空間運動病等。近年來,人們把注意力集中于這些變化發(fā)生機理的研究中,尤其是空間環(huán)境對細(xì)胞、分子及其表達(dá)的影響?？臻g環(huán)境特別是微重力環(huán)境對細(xì)胞影響的研究可追溯到20世紀(jì)60年代,本世紀(jì)90年代后,空間實驗系統(tǒng)不斷建立使空間細(xì)胞生物學(xué)研究進(jìn)入快速發(fā)展時期。

3.1 微重力條件下的細(xì)胞形態(tài)功能

空間飛行實驗中,重力方向同細(xì)胞位置長時間內(nèi)保持相對不變,隨重力增加,細(xì)胞由最初球形變?yōu)闄E球形[5~6]。且重力值小,球形越規(guī)則。在微重力下的細(xì)胞易聚集,能產(chǎn)生更高密度[7]。同時,細(xì)胞骨架系統(tǒng)對微重力環(huán)境十分敏感。比如微管及微絲聚合、解聚,骨架形態(tài)異常,有序性降低,微管變短,彌散性變化等[8]。

3.2 微重力條件下的基因表達(dá)

微重力可影響有機體的基因表達(dá):微重力能使與成骨活性相關(guān)蛋白表達(dá)下降。Hughes－Fulford在飛行實驗中發(fā)現(xiàn),隨著c－fos mRNA上升,COX－2下降,但肌動蛋白的mRNA不變,認(rèn)為重力因素在細(xì)胞和分子水平有直接的效應(yīng)[9]。

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