我們都知道，就算在同等條件下培養(yǎng)基因相同的細(xì)胞，它們的行為方式也不會*一致。那么，這種細(xì)胞差異是隨機產(chǎn)生的么？這是生物學(xué)的一個核心問題。
過去人們普遍認(rèn)為，隨機分子過程（被稱為隨機噪音）是造成上述差異的主要原因。數(shù)十年來，這一觀點得到了大量實驗和理論模型的支持?，F(xiàn)在，一項重大發(fā)現(xiàn)對這一理論提出了挑戰(zhàn)。這項發(fā)表在Cell雜志上的研究指出，人類細(xì)胞中細(xì)胞核與細(xì)胞質(zhì)的空間分隔，形成了某種被動過濾器。這種過濾器抑制了隨機噪音，使人類細(xì)胞能夠調(diào)控單個基因的活性。
基因激活之后，DNA中儲存的遺傳信息被轉(zhuǎn)錄為信使RNA。研究團隊發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞核的隨機性明顯比細(xì)胞質(zhì)大。我們可以很好的預(yù)測細(xì)胞質(zhì)的轉(zhuǎn)錄本豐度，相比之下細(xì)胞核的隨機性要大得多。
我們可以把細(xì)胞核想象成盛放新生mRNA的漏桶，需要表達(dá)的mRNA慢慢滲漏到細(xì)胞質(zhì)中。正因如此，mRNA生產(chǎn)過程中的隨機噪音難以干擾細(xì)胞質(zhì)中的基因活性。
研究人員運用自己的新方法，檢測了活躍基因生產(chǎn)的每一個分子。過去在許多情況下我們只能研究單細(xì)胞中的少數(shù)基因，這些基因需要進(jìn)行遺傳學(xué)修飾。研究人員們意識到單個細(xì)胞間的基因活性差異很大，但成像微小的生理細(xì)節(jié)能預(yù)測每個細(xì)胞的基因活性。
文章指出，細(xì)胞質(zhì)的轉(zhuǎn)錄本豐度可變性較大，這種可變性主要是基因造成的，隨機性非常小。細(xì)胞核與細(xì)胞質(zhì)之間的轉(zhuǎn)錄本滯留和轉(zhuǎn)運，有效緩沖了哺乳動物基因表達(dá)中的隨機轉(zhuǎn)錄波動。細(xì)胞的空間劃分將轉(zhuǎn)錄噪音限制在細(xì)胞核中，防止它干擾細(xì)胞質(zhì)中的轉(zhuǎn)錄本豐度。這些發(fā)現(xiàn)為進(jìn)化生物學(xué)、生物技術(shù)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域帶來了重要的啟示。
