2022-05-13 スイス連邦工科大学ローザンヌ校(EPFL)
細胞は、適切な大きさに成長し、機能を発揮できるようになり、最終的に2つの新しい細胞に分裂する、というライフサイクルを経ています。細胞周期は、細胞集団の永続性、ひいてはその一部である大きな構造(例えば体内の組織)の永続性を保証するものであり、非常に重要である。
細胞周期はチェックポイントによって厳密に制御されており、突然変異やDNA損傷などのエラーが次の世代の細胞に引き継がれるのを防いでいる。各チェックポイントは、細胞周期の秩序、完全性、忠実性を保証する品質管理モニター(生物学的な「チェックリスト」)のような役割を担っている。しかし、細胞周期が長時間停止すると、チェックポイント自体が機能しなくなったり、上書きされたりすることがよくある。もしこれが人体で起これば、無秩序な細胞増殖や細胞分裂が起こり、それが癌につながる可能性がある。
<関連情報>
- https://actu.epfl.ch/news/how-cells-correct-errors-under-time-pressure/
- https://www.nature.com/articles/s41567-022-01601-3
リスクとスピードをバランスさせた最適な戦略で、DNA損傷チェックポイントのオーバーライド時間を予測する The optimal strategy balancing risk and speed predicts DNA damage checkpoint override times
Ahmad Sadeghi,Roxane Dervey,Vojislav Gligorovski,Marco Labagnara & Sahand Jamal Rahi
Nature Physics Published: 12 May 2022
DOI:https://doi.org/10.1038/s41567-022-01601-3
Abstract
Checkpoints arrest biological processes, allowing time for error correction. The phenomenon of checkpoint override during cellular self-replication is biologically critical, but it currently lacks a quantitative, functional or system-level understanding. To uncover fundamental laws governing error correction systems, we derived a general theory of optimal checkpoint strategies, balancing the trade-off between risk and self-replication speed. Mathematically, the problem maps onto the optimization of an absorbing boundary for a random walk. We applied the theory to the DNA damage checkpoint in budding yeast, an intensively researched model checkpoint. Using novel reporters for double-strand DNA breaks (DSBs), we first quantified the probability distribution of DSB repair in time including rare events; second, we determined the survival probability after override. With these inputs, the optimal theory remarkably accurately predicted override times as a function of DSB numbers, which we precisely measured for the first time. Thus, a first-principles calculation revealed undiscovered patterns underlying highly noisy override processes. Our multi-DSB measurements revise well-known past results and show that override is more general than previously thought.
