生物钟控制细胞周期和植物中的肿瘤生长

生物节律在自然界中无处不在，从心脏的跳动到开花植物的节律。在某些情况下，这种节律性由细胞蛋白质活动的振荡决定，这标志着它们控制的过程的节奏。两个主要的蜂窝振荡器是所谓的生物钟和细胞周期。生物钟负责产生与昼夜循环及其相关的光和温度变化协调的生物过程的振荡。反过来，细胞周期负责细胞的分裂和生长。如果细胞周期不能正常工作，对生物体的影响是非常显着的。最着名的是癌症的发展。因此，必须非常严格地调节细胞周期以避免可能的故障。

现在，由CSIC研究员Paloma Mas领导的农业基因组学研究中心(CRAG)的一个研究小组已经证明，在植物中，生物钟可以控制细胞周期的速度，从而调节细胞分裂和生长。与昼夜循环同步。“我们已经证明生物钟紧密相连，并确定了植物细胞周期的时间，”该研究的首席研究员Paloma Mas解释道。

增加的TOC1蛋白减慢了生物钟和细胞分裂

这项发现于本周发表在“发育细胞”杂志上，是使用模式植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)制作的。CRAG团队使用经过修饰的植物，其中生物钟由于TOC1的增加和不断积累而减慢，TOC1是植物生物钟的重要组成部分。他们的研究表明这些植物和它们的叶子比正常小。“当我们计算过量表达TOC1的植物叶片中的细胞数量时，我们发现细胞数量减少，这表明通过修改生物钟，我们也在改变细胞分裂的速度”，Jorge Fung解释说， - 博士生和第一作者。

此外，CRAG研究小组通过减少TOC1的数量来观察相反的效果：“当TOC1较少时，不仅生物钟更快，而且细胞周期也加快，”Paloma Mas说。因此，作者表明生物钟设定了细胞周期的速度。

TOC1抑制必需的细胞周期基因

为了揭示生物钟如何控制细胞周期，研究人员分析了过量表达TOC1的植物叶片中每个细胞周期阶段的持续时间，并将其与对照植物进行比较。他们发现具有较长昼夜周期的植物在细胞周期的G1期花费了更多的时间。“过度施用TOC1的植物细胞在G1期保持较长时间，未能在适当的时间进入S期”，Jorge Fung说。

通过分析拟南芥叶片中细胞周期基因的表达，研究人员发现其中一些基因在TOC1高积累的植物中具有改变的振荡。特别是，非常明显的是，由于TOC1活性增加，CDC6基因的昼夜峰值完全丧失。“CDC6是细胞周期中的关键蛋白质，特别是在DNA复制期间，它发生在S期，”Paloma Mas说。

进一步的实验证明TOC1与CDC6基因的启动子结合以抑制其表达。“这些结果表明，生物钟调节细胞周期的分子机制取决于TOC1对CDC6的抑制作用，”Paloma Mas解释说。“这是植物的新发现，”她补充道。

生物钟功能的变化影响肿瘤的发展

最后，研究人员假设，如果生物钟控制细胞周期的时间，它也可能控制肿瘤的发展，这种情况发生在细胞不受控制地增殖时。为了验证这一想法，CRAG团队用一种诱导肿瘤形成的细菌感染了拟南芥植物，并发现与正常植物相比，过量表达TOC1的植物的肿瘤生长延迟。因此，在具有慢时钟的植物中肿瘤生长较慢。

很明显，关于控制植物生长和生产力的方法的知识具有重要的农艺学意义。此外，这一发现开辟了重点是找出减缓生理机制未来研究的可能性时钟作为可能的治疗手段延缓肿瘤的发展在人类。