在其生存的每一分鐘內，活細胞都必須對從環(huán)境溫度到周圍環(huán)境化學組成等無數(shù)的信息做出評估和分析。有時候，這些輸入信息會導致細胞改變其功能機制，而另一些時候，這些信息或許不會造成細胞活性發(fā)生可以測量得到的變化。

現(xiàn)在，來自霍華德休斯醫(yī)學研究所的研究人員在新研究中揭示了細胞中的一個單分子如何調節(jié)自身對不同強度輸入信號做出反應的機制。這是在了解不同的情形下細胞行為差異機制方面取得的一個重要進展。研究論文發(fā)布在1月25日的《科學》（Science）雜志上。

新研究的領導者、哈佛大學霍華德休斯醫(yī)學研究所研究人員Erin K. OShea說：“通常只有分子群或人工設備才具有這樣的信息處理能力。在這里，我們驚訝地發(fā)現(xiàn)單個分子就已經進化到具備這樣的能力。

OShea主要從事轉錄因子研究。眾所周知，細胞是通過將轉錄因子移進或移出細胞核來對其進行控制的。當轉錄因子進入到細胞核中時，它們可以對相關基因起作用，開啟或是關閉這些基因。OShea過去曾發(fā)現(xiàn)一些轉錄因子穿梭進出細胞核受到磷酸化與去磷酸化作用的控制。

OShea實驗室小組正在研究的是酵母細胞中的轉錄因子Msn2，它可以幫助細胞對壓力做出適當反應。為了研究Msn2對于熱、紫外線或有毒化學物質等壓力的反應，研究人員選擇性控制了PKA。PKA是一種可使Msn2磷酸化的蛋白。轉錄因子對于磷酸化和去磷酸化的反應通常有強度依賴性：如果傳遞的信號較強，細胞通常就會做出較強的反應。當研究人員傳送一種強有力的振蕩信號完全失活PKA時，研究人員觀察到Msn2活性隨PKA信號而變化。

OShea 說：“然而當我們施以周期性的弱信號時，它幾乎被完全過濾掉；細胞不產生反應。我們想知道細胞是如何能夠對強有力的周期信號做出反應，而忽視掉較弱的周期性信號的?！?/SPAN>

研究小組開始研究每種情況下Msn2分子之間的差異。他們發(fā)現(xiàn)Msn2有兩個不同的磷酸化位點，一個可以減慢Msn2進入細胞核，另一個則能刺激Msn2出核。但這兩個位點并非同等磷酸化。當給予弱PKA抑制信號時，會優(yōu)先磷酸化輸入位點，Msn2只會非常緩慢地進入細胞核。因此，當施以弱信號時，不會有太多的Msn2進入到細胞核中，從而能有效過濾掉微弱信號。只有當傳遞更強的信號使得PKA完全失活時，Msn2根本不發(fā)生磷酸化，它才會快速進入細胞核中，在那里聚集，開啟基因。

“會產生什么樣的一種情況，這取決于輸入信息的強度，它可以造成不同的基因激活方式，” OShea說。

當PKA抑制信號較弱時，Msn2在細胞核中短時停留，會導致一些基因激活。而另一些基因只會在較強的信號中當Msn2沖入細胞核之時才會激活，這需要失活較多的PKA。如果其他的轉錄因子也具有這種信號過濾機制，那么就可以解釋有限數(shù)量的轉錄因子是如何能夠產生極其復雜的基因模式的。

現(xiàn)在科學家們已經知道了Msn2的兩個不同的磷酸化位點如何發(fā)揮功能控制核輸入及輸出信號的機制，他們就能夠利用這一信息來設計人工轉錄因子，控制它們進出細胞核的速度，有效控制它們對于信號的反應，調控基因表達。OShea 說：“這些位點是非常模塊化的。因此不難想象如何將它們從一個蛋白中切下，將它們添加到另外一個蛋白中?！?/SPAN>

她的實驗室下一步計劃了解這一過濾機制適應于其他轉錄因子的普遍性，以及其他信號通路將信號反饋至系統(tǒng)的機制。