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生物学家报告了热应激对细胞的长期影响

2019-01-26 09:38:10 • 来源：

热休克(或压力)是众所周知的细胞应激因素，尽管其延迟效应仍然很大程度上未知。根据俄罗斯科学家的两篇文章 - 2015年的核酸研究文章和2月的细胞周期文章 - 热休克主要影响早期合成阶段的细胞，不仅暂时停止DNA复制，还会导致更严重的后果。据其中一位作者，罗蒙诺索夫莫斯科国立大学分子生物学系主任谢尔盖拉辛说，研究结果可能会导致治疗癌症的新方法。

生物学家报告了热应激对细胞的长期影响

当细胞破裂时

细胞应激是由热，冷，缺氧，酸度变化，炎症，感染或毒素，X射线或紫外线照射引起的。生物学家Sergey Razin说：“我们已经证明，急性热应激会引起细胞周期早期S期正常细胞和癌细胞细胞衰老的发展。我们确定了热应激诱导细胞衰老的机制。对于热应激诱导的衰老，持续的DNA损伤反应与难以修复的双链DNA断裂形成有关。“

来自密歇根州立大学和基因生物学研究所的俄罗斯科学家利用各种方法表明，处于压力下的细胞能够“破碎分叉”。这描述了当双螺旋被分裂时双链DNA中的结构，使得每条链可以用作在细胞繁殖中合成新DNA链的模板。DNA的这种重复基于互补原理，该原理说明基于模板链中该位置中存在的核苷酸的类型选择合成的DNA的每个核苷酸-α'字母'。

研究人员发现热应激抑制拓扑异构酶I的活性，拓扑异构酶I通过切割两条链中的一条来复制DNA。这会导致一条线断裂，当复制叉到达那个点时，另一条线也会断裂。当两条链都受损时，DNA极难修复。

根据Razin的说法，这项研究的另一个令人兴奋的结果是“证明遗传上相同的细胞在对外源性应激因子的抵抗力和对各种应激的类型反应方面可能有显着差异。” 正如压力在一生中不同地影响一个人一样，细胞压力取决于细胞周期的阶段，这是研究中提到的另一个主题。

童年，青春期，青年，有丝分裂

每个体细胞的寿命取决于它的特性 - 红细胞(双凹红细胞)活120天左右，上皮细胞排列在肠内约一到两天。神经元和横纹肌肉组织细胞的存活时间与生物体一样长。快速活细胞不断分裂以提供足够的替代品，而长寿细胞几乎从不这样做。

根据所有这些多样性，可以说体细胞具有四个细胞周期阶段：G1，S，G2和有丝分裂，分裂阶段导致构建两个相同的子细胞，其继承染色单体 - 母体染色体的一半。在G1期间，在合成前阶段，细胞生长发生，并且细胞准备用于DNA倍增。收到染色体的一半后，细胞需要完成它才能将其传递给下一代。这种加倍的合成阶段发生在S期。复制遗传信息的准确性受到p53蛋白的严格控制。当DNA链受损时，它会促进p21蛋白的产生，p21蛋白与细胞周期蛋白和细胞周期蛋白依赖性激酶的复合物相连，负责启动循环的下一阶段。这延迟了S期的开始，给修复酶时间来修复损伤。然后发生G2期，在此期间细胞生长并为将来的分裂做好准备。在这个阶段，DNA再次受到强制检查，然后开始有丝分裂。有丝分裂后，每个新生细胞开始G1阶段，并且循环重复。

一些细胞留下一排分裂，在G0阶段盘旋，在第一个近似中，G1阶段延伸到永恒; 对于剩余的细胞，周期也是有限的 - 在大约52次分裂后，细胞老化，停止有丝分裂，并最终死亡。但是当细胞中的DNA受到如此大的损伤以至于难以修复时，细胞周期终止以避免复制受损的遗传密码，从而产生几代突变体，这导致炎症和癌症肿瘤的发展。

“基于细胞对热应激的反应，我们制定了细胞衰老诱导模型，该模型适用于许多DNA损伤剂。根据该模型，在早期S期发生的任何单链或双链断裂可能引发细胞衰老计划，“拉赞说。

这项研究的价值是模棱两可的。一方面，科学家们希望尽可能地防止正常细胞衰老，帮助他们抵抗压力和功能。另一方面，细胞衰老的受控开始有助于那些偏离遗传程序的细胞在变成癌症之前死亡。这就是为什么迫使有缺陷的细胞停止分裂和繁殖对于治疗肿瘤疾病至关重要。

“揭示由轻度遗传毒性(DNA损伤)应激诱导的细胞衰老机制似乎对于理解衰老的原因和机制以及更好地理解细胞对外源性和内源性应激因子的反应变异性都很重要。同时也揭示了DNA损伤剂的多种先前无人看管的作用 - 例如，常用于癌症治疗的喜树碱。理论上，研究结果可能成为优化现有热疗同时应用方案的基础。用于治疗肿瘤疾病的化学治疗剂，“Razin总结道。

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