单个细胞比我们想象的更聪明
人类根据各种感官信息做出决定，这些信息被大脑整合成一个整体的感知。但是单细胞是如何做出决定的呢?苏黎世大学(University of Zurich)的研究人员现在已经证明，它比以前认为的要自主得多。细胞的决定不仅基于生长因子等外界信号，还基于它们从细胞内部接收到的信息。这甚至会导致耐治疗的癌细胞。
每个人每时每刻都在做决定。这些决策通常涉及整合各种上下文线索，以确保做出的决策适合当时的情况。做决定所需的丰富信息是由我们的感官提供的。它们感知我们环境的独特方面，例如视觉和听觉信息，然后我们的大脑将其整合成一个整体的感知。这被称为多感官或多模态知觉。
细胞在做决定时要考虑自己的状态
在这方面，单细胞与人类没有什么不同。他们不断做出重要的决定，比如是否要分开。因此，苏黎世大学(UZH)的研究人员将人类中发现的上下文多模态感知的概念扩展到单个细胞。令人惊讶的是，他们发现单细胞做决定的自主性比之前想象的要高得多。乌兹赫大学分子生命科学系教授Lucas Pelkmans说:“单个细胞的充分决策使用多模态感知，允许细胞将生长因子等外部信号与细胞内部的信息(如细胞器的数量)整合起来。”
在某些情况下，这种内部线索可以推翻外部刺激:例如，在肿瘤中，特定细胞的实际状态推翻了抗增殖药物的治疗，从而使它们具有治疗耐药性。“这种对药物的耐药性是对抗癌症的一个主要问题。解决方案可能来自考虑个体细胞所经历的上下文线索，并最终改变它们，”Pelkmans说。
同时分析数百万个细胞中的数十种蛋白质
为了测试细胞是否像人类一样根据环境和多模态感知做出决定，研究人员必须同时测量多个信号节点(细胞的外部传感器)的活动，以及来自细胞内部的一些潜在线索，如局部环境和细胞器的数量。所有这些都必须在单个细胞中进行分析，以及在数百万个细胞中进行分析。该研究的第一作者Bernhard Kramer说:“为了做到这一点，我们使用了‘4i’，这是一种在UZH开发的方法，它允许我们使用荧光显微镜同时可视化和量化单细胞中多达80种不同的蛋白质和蛋白质修饰。”
研究人员发现，细胞内单个传感器活动的可变性与内部线索的变化密切相关。例如，作为细胞的发电站，线粒体的丰度从根本上影响着单个细胞如何感知外部刺激。此外，每个传感器集成来自细胞内部的不同线索。当研究人员评估单个细胞的一个重要决定时——即在生长刺激下增殖或保持静止——他们发现，细胞的选择是由多个传感器的感知介导的，并可预测地受到细胞内部状态线索的调节。
细胞智能决定
“对于一个细胞的任何特定决定，所有外部信号和内部线索都必须协调一致。因此，单细胞能够做出充分的环境依赖决定——因此显然比以前认为的更聪明，”博士候选人克雷默说。
参考:王晓明，王晓明，王晓明。基于多模态感知的细胞状态与决策机制研究。科学．2022: eabf4062。doi:10.1126 / science.abf4062
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