细胞差异产生的原因

我们都知道，就算在同等条件下培养基因相同的细胞，它们的行为方式也不会完全一致。那么，这种细胞差异是随机产生的么？这是生物学的一个核心问题。

    过去人们普遍认为，随机分子过程（被称为随机噪音）是造成上述差异的主要原因。数十年来，这一观点得到了大量实验和理论模型的支持。现在，一项重大发现对这一理论提出了挑战。这项发表在Cell杂志上的研究指出，人类细胞中细胞核与细胞质的空间分隔，形成了某种被动过滤器。这种过滤器抑制了随机噪音，使人类细胞能够精确调控单个基因的活性。

    基因激活之后，DNA中储存的遗传信息被转录为信使RNA。研究团队发现，细胞核的随机性明显比细胞质大。我们可以很好的预测细胞质的转录本丰度，相比之下细胞核的随机性要大得多。

    我们可以把细胞核想象成盛放新生mRNA的漏桶，需要表达的mRNA慢慢渗漏到细胞质中。正因如此，mRNA生产过程中的随机噪音难以干扰细胞质中的基因活性。

    研究人员运用自己的新方法，检测了活跃基因生产的每一个分子。过去在许多情况下我们只能研究单细胞中的少数基因，这些基因需要进行遗传学修饰。研究人员们意识到单个细胞间的基因活性差异很大，但成像微小的生理细节能预测每个细胞的基因活性。

    文章指出，细胞质的转录本丰度可变性较大，这种可变性主要是基因造成的，随机性非常小。细胞核与细胞质之间的转录本滞留和转运，有效缓冲了哺乳动物基因表达中的随机转录波动。细胞的空间划分将转录噪音限制在细胞核中，防止它干扰细胞质中的转录本丰度。这些发现为进化生物学、生物技术、医学等领域带来了重要的启示。