德克萨斯大学西南分校发明了一种显微镜技术，由机器学习驱动，可以实时检测单个细胞中的多个生化反应。研究发现，Xbp1蛋白(绿色)的水平在重复或长时间的压力下会上升。每一个彩色的六边形对应着在中心六边形中显示的细胞中追踪到的不同生化反应。

达拉斯- 2021年10月26日-德克萨斯大学西南分校的研究人员发现了一种新的机制，应激导致细胞停止分裂。

利用德克萨斯大学西南分校创造的技术，该团队在酵母中发现了一种蛋白质，它在停止细胞周期(一个细胞分裂成两个细胞复制自己的过程)中发挥了此前未被发现的作用。研究表明，Xbp1蛋白在应对压力事件时积累后，似乎会抑制细胞周期。

发表在《细胞生物学杂志》(Journal of Cell Biology)上的这一发现，似乎解决了一个长期存在的细胞周期之谜。如果科学家们能在哺乳动物身上找到一种具有类似功能的蛋白质，这项研究可能最终会找到通过鼓励细胞分裂来加速伤口愈合的新方法，或者通过相反的方法来改善癌症治疗。

“科学家们已经研究这个基本过程近70年了，”讲师奥兰多Argüello-Miranda博士说，他与UTSW的Lyda Hill生物信息系的助理教授Jungsik Noh博士共同领导了这项研究。“我们基本上已经确定了一种蛋白质，它可以在应激条件下停止细胞周期。”

科学家早已知道,细胞周期包括几个阶段定义为一个细胞从静止状态到增加的大小,复制遗传物质——或DNA——被称为DNA复制的过程,凝聚其DNA,最后分为两个“女儿”细胞。

人们早就知道，饥饿等压力事件可以使细胞进入一种被称为静止的保护状态。Argüello-Miranda博士解释说，通常情况下，细胞周期会在DNA复制发生之前停止。然而，有一小部分细胞似乎在这个过程的其他点变得静止。

为了了解其中的原因，Argüello-Miranda博士、卢博士和他们的同事研究了营养压力对酵母细胞的影响。研究人员利用德克萨斯大学西南分校开发的微流体六色成像技术研究了处于这种状态的单个细胞。该技术将一种称为微流体的细胞培养技术与2018年UTSW首创的六色荧光显微镜方法相结合。在微流体六色成像技术中，研究人员让细胞通过一个由专门的显微镜和相机阵列监测的充满液体的微小腔室。研究人员还使用机器学习来实时跟踪和检测单个细胞中多达6个生化反应。

Argüello-Miranda博士说:“在之前的研究中，研究人员在烧瓶中培养酵母细胞，无法追踪单个细胞。”“相反，我们获得了记录单个细胞停止分裂并进入静止状态的电影。”

他说，尽管大多数饥饿的细胞在DNA复制之前的预期阶段进入静止状态，但约7%的细胞在细胞周期的另一个阶段暂停。

随着时间的推移，利用新技术标记和跟踪单个细胞中的特定蛋白质，研究人员发现，所有饥饿细胞的一套应激反应蛋白水平都有所提高。然而，在细胞周期的意外时刻变得静止的细胞都有丰富的Xbp1，该研究发现，这是在DNA复制后停止细胞周期所需的。

进一步的实验表明，这种Xbp1的积累导致细胞周期暂停，甚至当另一种名为Cdk1的蛋白质的活性促进细胞增殖时也是如此。仔细观察发现，Xbp1的水平并不是静态的——相反，在每个细胞经历压力事件或压力事件持续时间越长后，它们的水平就会攀升得更高。

Argüello-Miranda博士说:“这种积累是如此可预测，我们可以通过细胞核中Xbp1的含量来判断一个细胞暴露在多少压力事件中。”他补充说，这些发现表明，Xbp1在调节细胞周期方面有一种新发现的功能，它允许酵母细胞“记住”暴露在压力下，并通过进入静止状态来保护自己。

虽然在哺乳动物中没有与Xbp1直接同源的蛋白，但其他蛋白似乎在哺乳动物细胞中显示出类似的生化活性。他说，这些蛋白质将是未来的研究对象。