生物谷评论:细胞周期的研究一直是研究的焦点,以往的研究认为细胞周期过程中不同的蛋白主使不同的功能,从而使细胞正常完成分裂过程。实际上后来发现,没有任何一种蛋白是细胞周期必需蛋白,包括所谓的必需蛋白Cyclin D1,因此认为细胞周期中许多蛋白功能之间存在overlapping,因此也有人认为细胞周期是网络的调节,但这一切都只看到细胞周期的表象。2005年8月26日出版的Cell上一篇文章揭示了细胞周期的调节的动力学机理。细胞周期的调控不仅仅是网络状的,而是一种震荡调控模型,是符合物理学的阻尼震荡模式,这一发现揭示了,生命中很多现状应该是符合一定的自然规律的。而且将物理学,数学知识溶合进入细胞信号和细胞网络,大大加深人类对细胞和生命的认识,相信这仅仅是一个开端,今后几年内,人类对生命微观网络认识将越来越深,生命的调控不是线性的,而是复杂的网络调控模型,这种模式从简单范围来说是正负反馈构成的网络。从更深远的来看,应该是某种数学模型,如混沌的调控模型,生命自组织调控模型。只有当人类对微观认识十分透彻时,再从宏观上进行综合,人类对生命的本质认识才会出现真正意义上的飞跃。
同样此前在其它生命现象中也有类似的发现,如从多个振荡器的协调到昼夜节律的产生,这一报道显示人类的昼夜节律调控,同样是符合物理学的震荡现象。
生物谷专家认为,这些震荡产生的根本在于,生命体要维持信号或某项活动的精确性,就必需在信号或活动的运行过程中不断地通过反馈和负反馈进行修正,使其处于一个正确的轨道上来,这是当前系统生物学的研究的热点和重点。例如,在细胞信号转导中,一种激酶可能会有几十个,甚至几百个下游的底物,如MAPK,它能对众多的物理,化学,生理的刺激作出反应,但仅仅一个MAPK如何能保证传导信号的精确性,保真性,以及对不同的信号做出不同的反应?在生物谷以前的讨论中认为,这核心在于信号传导的时空特性,也就是说,信号转导不是我们目前认为的线性的,从信号的结构上看,是具有时空特性的,从信号的特征上看,是网络调节,这种调节是符合物理学的混沌运行模型(从简易上看就是震荡模型)。什么是时空特性呢,打个通俗的比喻是,MAPK处于细胞内不同的位置,MAPK被激活的不同时间和时程,都会对下游不同的底物作出反应,这些信号分子在细胞内分布是不均匀的,是有特殊的分布特征的。而混沌特征,这几乎一切复杂生命体和物体的共同特征,但目前对混沌的数学描述还存在很大缺陷,有待进一步发展。
拓展阅读:
系统生物学进展
生物谷专题:信号转导的新视点
[专题]信号转导研究.
细胞周期及其调节的正负因素
生物谷报道:基因网络的定量分析
Ras在T细胞中的正负调控作用
系统生物学的文章
原文出处:
Joseph R. Pomerening, , Sun Young Kim and James E. Ferrell, Jr.Systems-Level Dissection of the Cell-Cycle Oscillator: Bypassing Positive Feedback Produces Damped Oscillations, cell, Volume 122, Issue 4 , 26 August 2005, Pages 565-578
The cell-cycle oscillator includes an essential negative-feedback loop: Cdc2 activates the anaphase-promoting complex (APC), which leads to cyclin destruction and Cdc2 inactivation. Under some circumstances, a negative-feedback loop is sufficient to generate sustained oscillations. However, the Cdc2/APC system also includes positive-feedback loops, whose functional importance we now assess. We show that short-circuiting positive feedback makes the oscillations in Cdc2 activity faster, less temporally abrupt, and damped. This compromises the activation of cyclin destruction and interferes with mitotic exit and DNA replication. This work demonstrates a systems-level role for positive-feedback loops in the embryonic cell cycle and provides an example of how oscillations can emerge out of combinations of subcircuits whose individual behaviors are not oscillatory. This work also underscores the fundamental similarity of cell-cycle oscillations in embryos to repetitive action potentials in pacemaker neurons, with both systems relying on a combination of negative and positive-feedback loops.
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拓展阅读:
生物信息学分析与信号传导网络研究
p53和TGF-beta信号网络...
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