Phân biệt giữa sự tăng trưởng tuyến tính và sự tăng trưởng hàm mũ trong chu kỳ phân chia: Nghiên cứu tế bào đơn, nghiên cứu nuôi cấy tế bào và đối tượng nghiên cứu chu kỳ tế bào

Theoretical Biology and Medical Modelling - Tập 3 Số 1 - 2006
Stephen Cooper1
1Department of Microbiology and Immunology, University of Michigan Medical School, 48109-0620, Ann Arbor, Michigan, USA

Tóm tắt

Tóm tắt Giới thiệu Hai phương pháp để hiểu sự tăng trưởng trong chu kỳ tế bào là nghiên cứu tế bào đơn, trong đó sự tăng trưởng trong chu kỳ tế bào của một tế bào đơn lẻ được đo lường, và nghiên cứu nuôi cấy tế bào, trong đó sự tăng trưởng trong chu kỳ tế bào của một số lượng lớn tế bào được phân tích như một tổng thể. Mitchison đã đề xuất rằng nghiên cứu tế bào đơn, vì chúng cho thấy sự biến thiên trong các mô hình tăng trưởng tế bào, là phương pháp phù hợp hơn để hiểu sự tăng trưởng tế bào trong chu kỳ tế bào và nên được ưu tiên hơn so với các nghiên cứu nuôi cấy. Cụ thể, Mitchison lập luận rằng người ta có thể thu thập mô hình tăng trưởng tế bào bằng cách quan sát vi mô các tế bào đơn trong chu kỳ phân chia. Trái với quan điểm của Mitchison, bài viết này lập luận rằng các quy luật sinh học cơ bản của sự tăng trưởng tế bào không thể được tìm thấy trong các nghiên cứu tế bào đơn. Quy luật tăng trưởng tế bào có thể và nên được hiểu qua việc nghiên cứu các tế bào như một tổng thể. Kết quả Mục đích hay mục tiêu của phân tích chu kỳ tế bào được trình bày và thảo luận. Những ý tưởng này được áp dụng cho cuộc tranh cãi giữa các bên ủng hộ sự tăng trưởng tuyến tính như một mô hình tăng trưởng có thể xảy ra trong chu kỳ tế bào và những người ủng hộ sự tăng trưởng hàm mũ trong chu kỳ tế bào. Các thí nghiệm khác biệt (puls) và toàn phần (tế bào đơn) được so sánh về phương diện phân tích chu kỳ tế bào và kết luận rằng phương pháp gán nhãn xung (pulse-labeling approaches) được ưu tiên hơn so với việc quan sát vi mô sự tăng trưởng tế bào để phân biệt giữa các mô hình tăng trưởng tuyến tính và hàm mũ. Thậm chí còn rõ ràng hơn, các thí nghiệm tổng hợp được ưu tiên hơn so với nghiên cứu tế bào đơn. Kết luận Sự nhất quán logic của sự tăng trưởng hàm mũ – tích hợp và tính toán cho hóa sinh, sinh học tế bào, và phân tích thực nghiệm chặt chẽ – dẫn đến kết luận rằng các đề xuất về sự tăng trưởng tuyến tính là kết quả của những rối loạn thực nghiệm và hạn chế trong việc đo lường. Đề xuất rằng mô hình tăng trưởng tế bào phổ quát trong chu kỳ tế bào là hàm mũ.

Từ khóa


Tài liệu tham khảo

Mitchison J: Single cell studies of the cell cycle and some models. Theor Biol Med Model. 2005, 2 (1): 4-10.1186/1742-4682-2-4.

Allman R, Schjerven T, Boye E: Cell cycle parameters of Escherichia coli K-12. J Bacteriol. 1991, 173 (24): 7970-7974.

Helmstetter C: Rate of DNA synthesis during the division cycle of E. coli B/r. J Mol Biol. 1967, 24: 417-427. 10.1016/0022-2836(67)90228-8.

Maddox J, Randi J, Stewart WW: "High dilution" experiments a delusion. Nature. 1988, 334: 287-290. 10.1038/334287a0.

Mitchison JM: The growth of single cells. I. Schizosaccharomyces pombe. Exp Cell Res. 1957, 13 (2): 244-262. 10.1016/0014-4827(57)90005-8.

Mitchison JM, Creanor J: Linear synthesis of sucrase and phosphatases during the cell cycle of Schizosaccharomyces pombe. J Cell Sci. 1969, 5 (2): 373-391.

Mitchison JM, Nurse P: Growth in cell length in the fission yeast Schizosaccharomyces pombe. J Cell Sci. 1985, 75: 357-376.

Mitchison JM: Growth during the cell cycle. Int Rev Cytol. 2003, 226: 165-258.

Mitchison JM: The growth of single cells. II. Saccharomyces cerevisiae. Exp Cell Res. 1958, 15 (1): 214-221. 10.1016/0014-4827(58)90077-6.

Mitchison JM: The growth of single cells. III. Streptococcus faecalis. Exp Cell Res. 1961, 22: 208-225. 10.1016/0014-4827(61)90099-4.

Kubitschek HE: The growth-duplication cycle. II. Linear cell growth in bacteria. ANL-7409. ANL Rep. 1967, 131-134.

Kubitschek HE: The growth-duplication cycle. 3. Evidence that linear growth is the fundamental form of cell growth and its implications. ANL-7409. ANL Rep. 1967, 134-135.

Kubitschek HE: Growth during the bacterial cell cycle: analysis of cell size distribution. Biophys J. 1969, 9 (6): 792-809.

Kubitschek HE: Evidence for the generality of linear cell growth. J Theor Biol. 1970, 28 (1): 15-29.

Kubitschek HE: Bilinear cell growth of Escherichia coli. J Bacteriol. 1981, 148 (2): 730-733.

Kubitschek HE: Increase in cell mass during the division cycle of Escherichia coli B/rA. J Bacteriol. 1986, 168 (2): 613-618.

Kubitschek HE, Pai SR: Variation in precursor pool size during the division cycle of Escherichia coli: further evidence for linear cell growth. J Bacteriol. 1988, 170 (1): 431-435.

Kubitschek HE: Cell volume increase in Escherichia coli after shifts to richer media. J Bacteriol. 1990, 172 (1): 94-101.

Kubitschek HE: Cell growth and abrupt doubling of membrane proteins in Escherichia coli during the division cycle. J Gen Microbiol. 1990, 136 (4): 599-606.

Conlon I, Raff M: Differences in the mammalian cell and yeast cells coordinate cell growth and cell-cycle progression. J Biol. 2003, 2: 7-10.1186/1475-4924-2-7.

Koch AL, Schaechter M: A model for the statistics of the cell division process. J General Microbiology. 1962, 29: 435-454.

Ecker RE, Kokaisl G: Synthesis of protein, ribonucleic acid, and ribosomes by individual bacterial cells in balanced growth. J Bacteriol. 1969, 98 (3): 1219-1226.

Cooper S: Leucine uptake and protein synthesis are exponential during the division cycle of Escherichia coli B/r. J Bacteriol. 1988, 170 (1): 436-438.

Kubitschek HE: Linear cell growth in Escherichia coli. Biophys J. 1968, 8: 792-804.

Cooper S, Helmstetter CE: Chromosome replication and the division cycle of Escherichia coli B/r. J Mol Biol. 1968, 31 (3): 519-540. 10.1016/0022-2836(68)90425-7.

Helmstetter C, Cooper S, Pierucci O, Revelas E: On the bacterial life sequence. Cold Spring Harb Symp Quant Biol. 1968, 33: 809-822.

Helmstetter CE, Cooper S: DNA synthesis during the division cycle of rapidly growing Escherichia coli B/r. J Mol Biol. 1968, 31 (3): 507-518. 10.1016/0022-2836(68)90424-5.

Cooper S: Bacterial Growth and Division. 1991, San Diego , Academic Press

Hoffman F, Frank ME: Time-lapse photomicrography of cell growth and division in Escherichia coli. J Bacteriol. 1965, 89: 212-216.

Cooper S: Cell division and DNA replication following a shift to a richer medium. J Mol Biol. 1969, 43 (1): 1-11. 10.1016/0022-2836(69)90074-6.

Cooper S: The Escherichia coli cell cycle. Res Microbiol. 1990, 141 (1): 17-29. 10.1016/0923-2508(90)90094-7.

Cooper S: DNA replication: the 30th anniversary of the bacterial model and the 'baby machine'. Trends Biochem Sci. 1997, 22 (12): 490-494. 10.1016/S0968-0004(97)01126-2.

Helmstetter CE: Origin and sequence of chromosome replication in Escherichia coli B-r. J Bacteriol. 1968, 95 (5): 1634-1641.

Helmstetter CE: Sequence of bacterial reproduction. Annu Rev Microbiol. 1969, 23: 223-238. 10.1146/annurev.mi.23.100169.001255.

Helmstetter CE: Initiation of chromosome replication in Escherichia coli. II. Analysis of the control mechanism. J Mol Biol. 1974, 84 (1): 21-36. 10.1016/0022-2836(74)90210-1.

Helmstetter CE, Krajewski CA, Leonard AC, Weinberger M: Discontinuity in DNA replication during expression of accumulated initiation potential in dnaA mutants of Escherichia coli. J Bacteriol. 1986, 165 (2): 631-637.

Helmstetter CE, Leonard AC: Coordinate initiation of chromosome and minichromosome replication in Escherichia coli. J Bacteriol. 1987, 169 (8): 3489-3494.

Helmstetter CE, Pierucci O: DNA synthesis during the division cycle of three substrains of Escherichia coli B/r. J Mol Biol. 1976, 102 (3): 477-486. 10.1016/0022-2836(76)90329-6.

Dennis PP: Regulation of stable RNA synthesis in Escherichia coli. Nat New Biol. 1971, 232: 43-47.

Dennis PP: Regulation of ribosomal and transfer ribonucleic acid synthesis in Escherichia coli B-r. J Biol Chem. 1972, 247 (9): 2842-2845.

Dennis PP: Stable ribonucleic acid synthesis during the cell division cycle in slowly growing Escherichia coli B-r. J Biol Chem. 1972, 247 (1): 204-208.

Cooper S: Rate and topography of cell wall synthesis during the division cycle of Salmonella typhimurium. J Bacteriol. 1988, 170 (1): 422-430.

Cooper S: Synthesis of the cell surface during the division cycle of rod-shaped, gram-negative bacteria. Microbiol Rev. 1991, 55 (4): 649-674.

Cooper S, Hsieh ML: The rate and topography of cell wall synthesis during the division cycle of Escherichia coli using N-acetylglucosamine as a peptidoglycan label. J Gen Microbiol. 1988, 134: 1717-1721.

Cooper S, Hsieh ML, Guenther B: Mode of peptidoglycan synthesis in Salmonella typhimurium: single-strand insertion. J Bacteriol. 1988, 170 (8): 3509-3512.

Gally D, Bray K, Cooper S: Synthesis of peptidoglycan and membrane during the division cycle of rod-shaped, gram-negative bacteria. J Bacteriol. 1993, 175 (10): 3121-3130.

Gally D, Cooper S: Peptidoglycan synthesis in Salmonella typhimurium 2616. J Gen Microbiol. 1993, 139 ( Pt 7): 1469-1476.

Cooper S: What is the bacterial growth law during the division cycle?. J Bacteriol. 1988, 170 (11): 5001-5005.

Sveiczer A, Novak B, Mitchison JM: The size control of fission yeast revisited. J Cell Sci. 1996, 109 ( Pt 12): 2947-2957.

Cooper S: Length extension in growing yeast: is growth exponential?--yes. Microbiology. 1998, 144: 263-265.

Mitchison JM, Sveiczer A, Novak B: Length growth in fission yeast: is growth exponential?--No. Microbiology. 1998, 144 ( Pt 2): 265-266.

Cooper S: Control and maintenance of mammalian cell size. BMC Cell Biol. 2004, 5 (1): 35-10.1186/1471-2121-5-35.

Prescott DM: Relations between cell growth and cell division. I. Reduced weight, cell volume, protein content, and nuclear volume of Amoeba proteus from division to division. Exp Cell Res. 1955, 9: 328-337. 10.1016/0014-4827(55)90106-3.

Neidhardt FC, Umbarager HE: Chemical composition of Escherichia coli. Escherichia coli and Salmonella typhimurium; cellular and molecular biology. Edited by: Neidhardt FC, Curtiss III R, Ingraham JL, Low KB, Magasank B, Reznikoff WS, Riley M, Schaechter M, Umbarger HE. 1996, Washington, D. C. , ASM Press, 1: 13-16.

Thông tin
Thông tin xuất bản

Theoretical Biology and Medical Modelling

Tập 3 Số 1

Thông tin tác giả