宋曉越

(西安海棠學院 陜西西安 710038)

自基因重組技術出現(xiàn)以來,細胞生物學與分子生物學的結合越來越緊密,研究細胞分子結構和其在生命活動中的作用成為主要任務,其中基因調(diào)控、信號轉導、腫瘤生物學、細胞分化和凋亡是目前的研究熱點。

1 基因調(diào)控

1.1 基因表達調(diào)控的類型

生物體的所有細胞都包含相同的DNA,但其結構和功能卻明顯不同。這是由于細胞內(nèi)存在復雜而有序的調(diào)控機制,能特異性表達基因。真核表達受細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)基因轉錄調(diào)控:調(diào)控基因表達的時間與速率;(2)轉錄后加工調(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;(4)RNA降解調(diào)控:干擾細胞中部分RNA的穩(wěn)定性;(5)蛋白質活性調(diào)控:蛋白質的激活、滅活、降解及區(qū)室化。表觀遺傳調(diào)控指轉錄前在染色質水平上的結構調(diào)整,是真核基因組一種獨特的調(diào)控機制［2］。目前,表觀遺傳學研究已越來越成為基因表達調(diào)控的研究熱點之一。

1.2 基因調(diào)控網(wǎng)絡

基因調(diào)控網(wǎng)絡可表征細胞內(nèi)所有基因間復雜的相互關系。目前,發(fā)展了若干建模方法,主要包括布爾網(wǎng)絡模型、線性網(wǎng)絡模型及貝葉斯網(wǎng)絡模型等。布爾網(wǎng)絡模型[1]把基因定量為兩種不同狀態(tài)(“開”及“關”)。分別表示基因轉錄表達和未轉錄。如該模型進一步推廣,可轉變?yōu)闀r序布爾網(wǎng)絡模型TBN［3］,有利于處理多個單位時間跨度的基因間關系。線性組合模型[4]是連續(xù)網(wǎng)絡模型,但目前測量均限于基因數(shù)要遠超過時間點數(shù),因此其解集不是唯一,從而難有生物學意義。貝葉斯網(wǎng)絡[1]是種重要的概率模型,由條件概率分布及網(wǎng)絡結構組成。優(yōu)點是使用條件獨立的數(shù)學概念,把聚合概率分布問題分解為若干局部條件概率分布問題;具良好學習能力;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)絡的動力學特征。微分方程模型優(yōu)點在于強大靈活,有利于描述基因網(wǎng)絡中復雜關系,特別適用周期性表達基因[1]。缺點在于實驗中蛋白質含量較難獲得,也忽略了其他調(diào)控物影響。

2 信號轉導

細胞及細胞間信息交流由上百種不同信號分子介導,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,通過對下游效應分子的修飾將信號傳遞到細胞內(nèi)各部位。研究細胞信號轉導的基本方法和研究成果已對現(xiàn)代生命科學的各個學科領域發(fā)展產(chǎn)生了深刻影響和巨大的推動作用,成為現(xiàn)代生命科學的重要基礎之一。

此外,對細胞信號轉導機理的研究能在細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以上是信號轉導分子或其靶向是信號轉導分子。因此,細胞信號轉導研究成果的應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 空間細胞生物學

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)境對細胞、分子及其表達的影響。空間環(huán)境特別是微重力環(huán)境對細胞影響的研究可追溯到20世紀60年代,本世紀90年代后,空間實驗系統(tǒng)不斷建立使空間細胞生物學研究進入快速發(fā)展時期。

3.1 微重力條件下的細胞形態(tài)功能

空間飛行實驗中,重力方向同細胞位置長時間內(nèi)保持相對不變,隨重力增加,細胞由最初球形變?yōu)闄E球形[5~6]。且重力值小,球形越規(guī)則。在微重力下的細胞易聚集,能產(chǎn)生更高密度[7]。同時,細胞骨架系統(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

微重力可影響有機體的基因表達:微重力能使與成骨活性相關蛋白表達下降。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,認為重力因素在細胞和分子水平有直接的效應[9]。

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