如果我们把这个细胞想象成一个交响乐队，那是谁在指挥着乐队呢？

　　我们的身体是由数万亿的细胞组成的，每个细胞都是由无数具有特殊功能的生物分子组成的，这些分子能使细胞存活。当这些分子失灵时，就会导致疾病。如果我们把细胞想象成一个管弦交响乐队，许多音乐家每个人都有一个很小的角色去演奏，那么是什么在指挥所有这些音乐家，并使他们在演奏交响乐时保持协调呢？
　　怀特黑德研究所(Whitehead Institute)的研究人员正在证明，就像导体一样，某些关键分子会根据场合的需要调整细胞的行为。细胞如何给复杂的过程排序的知识对于学习如何在疾病细胞中恢复健康功能是至关重要的。
　　微调基因活性
　　虽然我们细胞的某些特征被硬编码成DNA序列，但改变DNA的化学结构可以改变细胞读取基因的方式以及它是否被激活。对基因组的这种修改，其中许多是可遗传的，被称为表观遗传学。它们允许细胞精确地调节其基因活动。表观遗传学的问题与许多疾病有关，包括脆性X综合征和Rett综合征。怀特黑德研究所成员MaryGehring以拟南芥植物为模型系统，研究表观遗传学如何形成基因表达。
　　在最近的一项研究中，Gehring和她的同事们研究了胚乳的表观遗传变化，胚乳为发育中的种子提供营养。他们把注意力集中在染色质上--DNA在细胞核中的包装方式。紧密的染色质可以抑制基因的表达。然而，在拟南芥的短寿命胚乳中，染色质的定位一直是困难的.郑格林展示了一种新的技术--剪切和运行--如何有效地绘制拟南芥全胚乳基因组染色质修饰的图谱，为进一步研究染色质对发育种子中基因表达的影响开辟了道路。有了这样的发现，Gehring的实验室正在找出对基因活动有秩序的关键人物。
　　Gehring现在正在探索如何利用表观遗传学来设计抗逆性作物。她的实验室正开始把重点放在孤儿作物上，这种作物生长频率较低，为遗传多样性提供了一个很大程度上尚未开发的来源，而且常常在具有挑战性的生长条件下茁壮通过将基因调控的基本机制与与食品供应相关的现实世界问题联系起来，Gehring展示了研究细胞如何控制其基因组的转化潜力。
　　细胞分裂
　　为了使身体生长，细胞需要分裂数十亿倍才能形成组织。分裂成两个子细胞的细胞必须在两个新的细胞核之间均匀地分裂其染色体。细胞必须指导这个复杂的程序，以确保染色体在需要的地方结束。怀特黑德研究所(Whitehead Institute)成员伊恩·奇斯曼(Iain Cheeseman)调查了我们的细胞用于分裂的工具，以及那些不能分裂或无法停止分裂的细胞中进行产生卵细胞的细胞分裂对于生育是必不可少的。科学家们一直想知道，未成熟的卵细胞--卵母细胞--是如何在卵细胞变成有活力的卵子之前保持分裂的能力的。在一项研究中，研究人员对着丝粒进行了研究，着丝点是染色体的一部分，它锚定在细胞分裂过程中分离染色体的类似绳索的纤维。锚的一个关键部分是一种叫做CENP-A的蛋白质，没有它，细胞就失去了分裂的能力。人们认为CENP-A在休眠但后来分裂的细胞中仍然是静止的.Swartz和Cheeseman以海星卵母细胞为模型，由于它们与人类卵母细胞相似，表明CENP-A在卵母细胞中缓慢但稳定地补充，使它们在保持分裂能力的同时保持休眠数年。
　　Cheeseman的实验室正在研究如何使老化的卵细胞中的着丝点恢复活力。Cheeseman最近被任命为全球生殖长寿与平等联合会的一名学者，因为他更好地理解了人是如何随着年龄的增长而退化的。
　　细胞协调
　　如果知道细胞们是如何演奏它的交响曲，您可以尝试为细胞们演奏新的曲调。Whitehead研究所成员PulinLi研究细胞如何相互通信以形成多细胞模式。她专注于称为原形态的分子，这是组织发育的指南，为身体提供了蓝图。发育成的器官，如大脑，具有多种细胞类型的更精细的细节。
　　通过在培养皿中培养细胞并通过基因工程使它们形成模式，研究人员希望能揭示组织形成的基本规律，这些规则可以解决有关发育的长期问题，并可能被证明对学习如何再生身体部分或修复受损组织很有帮助。为了表彰她的突破道路的工作，PulinLi被任命为麻省理工学院组织工程的尤金贝尔职业发展教授。
　　PulinLi的方法是从一个简化的系统开始：发送者单元广播消息，单元解释信息并对其作出响应。这种培养皿的方法是受到我们对组织发展的了解的启发，在这个过程中，细胞相互协调，决定细胞的命运，产生一个功能完整的组织。单个细胞的音乐必须与周围的人协调。PulinLi的实验室试图将从研究开发中获得的知识应用到工程细胞中，这些细胞通过沟通形成特定的模式。这可能有助于克服组织工程方法所面临的挑战，即在指导细胞模式的合成支架的基础上重建组织。研究人员的目标是让细胞自行形成模式，这是一种组织工程和再生医学的大胆新方法。
　　指导细胞的新陈代谢
　　为了生存，细胞需要根据营养物质的数量来调整他们的新陈代谢。细胞生长和代谢控制的中断可能导致糖尿病和癌症等疾病。怀特黑德研究所成员大卫·萨巴蒂尼(David Sabatini)研究了一种名为雷帕霉素(MTOR)的机械靶点的蛋白质，萨巴蒂尼是瑞典皇家科学院2020年Sj berg奖的共同获得者，因为他在发现mTOR蛋白及其在控制细胞代谢和生长方面的作用。
　　萨巴蒂尼的实验室正在研究新药如何针对mTOR或调节其活性的蛋白质。由博士后KacperRogala领导的一项研究描述了mTOR复合物1的新结构，这是一种包含mTOR蛋白的调节蛋白复合物。这项研究揭示了mTOR复合物1如何与溶酶体对接，溶酶体是一种细胞器，能分解并回收细胞中的物质。只有当营养水平较高时，伴侣蛋白才能使复合物停靠，并在细胞缺乏营养物质时将其从溶酶体中推开。对接机制是理解mTOR复合物1的关键，因为蛋白质复合物在溶酶体上只激活一次。由Kuang Shen 和 Rogala领导的一项相关研究为关键的mTOR复合物1激活剂FLCN和一种伙伴蛋白FNIP 2提供了高分辨率的结构。FLCN的问题可能导致肿瘤的形成。这些结构比以往的任何工作都要详细，为研究人员提供了关于mTOR如何与其调节蛋白相互作用的精确信息。
　　萨巴蒂尼的实验室填补了mTOR如何感知营养和其伴侣蛋白如何调节营养的空白，从而更接近于找出具有高度特异性的因素，而不影响其他重要的细胞通路。
　　来源：Whitehead Institute for Biomedical Research