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有些细胞在复制前需要理发

2019-01-07 09:49:16 • 来源：

我们的许多细胞都配备了一个发电的“天线”，可以将有关外部环境的信息传递给细胞，科学家们已经发现这些所谓的初级纤毛的出现和消失与细胞复制过程同步，称为有丝分裂。现在，约翰霍普金斯大学的细胞生物学家报告发现了关于这种“脱发”和细胞复制是如何通过纤毛尖端的戏剧性剪切 - 科学家配音斩首 - 开始他们的拆解相关联的新信息的发现。

有些细胞在复制前需要理发

研究人员表示，新信息是更好地了解细胞如何决定进行有丝分裂的关键，有丝分裂是生物体发育，组织维持和癌症形成的必要过程。他们还希望他们的工作能够揭示纤毛相关疾病，如多囊肾病和某些形式的智力残疾。

“以前曾观察过纤毛的断头，但从未进行过探索，”约翰霍普金斯大学医学院细胞生物学副教授Takanari Inoue博士说。“我们现在知道这是一个正常的过程，而不仅仅是在某些实验条件下发生的事情。我们已经确定了驱动它的分子参与者。”

像小型货车上的天线一样，初级纤毛是在肾脏，大脑，视网膜和内耳以及其他器官中的细胞上出现的微小结构，并为细胞提供有关外部流体的流动和化学的信息。

当细胞不分裂时，称为静止状态，大多数细胞结构不断变化，但初级纤毛相对稳定。井上和他的小组试图了解当细胞退出静止并开始有丝分裂时导致“理发”的原因，在此期间复制的染色体分裂并填充两个新的“子”细胞。

他们首先将细胞与越来越少的一种名为Inpp5e的酶进行比较，之前的研究已经暗示了纤毛的稳定性。在静息小鼠胚胎细胞的纤毛膜上添加荧光标签后，该团队录下了纤毛的提示。他们似乎每隔几个小时就被切断并漂走一次。

在缺失Inpp5e基因的细胞中以及当给予细胞刺激有丝分裂的信号时，斩首率更高。但是当科学家们在Inpp5e蛋白质中加入分子代码以便它会聚集在纤毛中时，斩首率就会大大减慢。Inoue说，这表明Inpp5e在纤毛中的存在阻碍了斩首过程，并且有丝分裂信号从纤毛中排出Inpp5e以促进斩首。

“因为Inpp5e中的基因突变与Joubert综合征相关，Joubert综合征的特征是大脑发育异常和智力障碍，我们现在怀疑Inpp5e会影响大脑发育，”Inoue说。

Inpp5e的功能是从纤毛膜上消耗脂肪样分子，称为PIP2。与PIP2结合的荧光标签向研究人员表明，纤毛中PIP2的浓度，特别是尖端附近的PIP2浓度也是同步的：PIP2在细胞接收到有丝分裂信号后积聚在纤毛尖端，纤毛在该部位被剪掉PIP2积累。

因为PIP2在由蛋白质肌动蛋白制成的线状结构的形成中起关键作用，所以该团队使用荧光生物传感器来测量和观察纤维中结构的形成。由于缺乏Inpp5e，在含有过量PIP2的纤毛中，研究人员发现导线形成增加了十倍。此外，他们发现电线形成恰好在提前几分钟就发生在斩首现场。

“我们认为线材的形成实际上提供了斩断纤毛的力量，”井上说。

为了了解斩首如何影响其余的纤毛拆卸，井上实验室的研究生和论文的主要作者Siew Cheng Phua设计了一种阻止纤维内纤维形成的方法。她发现电线对于纤毛断头是必不可少的，并且完全拆解纤毛需要断头。

接下来，该团队分析了纤毛斩首的时间。研究人员使用彩虹荧光标签，通过过渡到有丝分裂的过程，跟踪细胞中的纤毛。纤毛以蓝色标记，随着细胞核的进展，细胞核从黄色变为红色至黑色。在正常细胞中，一般发生纤毛断裂，而细胞仍然处于静止状态(黄色核)，然后转变为有丝分裂(暗核)。但是在纤毛被阻止形成细胞的细胞中，无法蜕皮纤毛与从静止到有丝分裂的较慢转变相关。

“不知何故，斩首会触发纤毛的缩小;它们的缩小比剪掉的还多，”井上说。“与此同时，这似乎向小组发出信号，表示是时候退出静止并开始分裂了。”

当他们分析斩首纤毛梢的内容 - 与日本研究人员的合作项目 - 他们大多发现了对细胞信号传导和纤毛生长很重要的分子，这意味着斩首可以调节纤毛的组成和功能。

据Phua说，纤毛的尖端也可能具有临床意义。最近的研究表明，多囊肾病患者的尿液中含有微小的囊膜。井上说，它们可能是纤毛提示，并且它们在疾病发展中起作用，但需要更多的研究来证实这一想法。

Phua补充说：“纤毛的异常感觉功能与某些癌症有关，如皮肤癌和脑癌。纤毛断头和有丝分裂之间的新联系可以帮助我们了解初级纤毛的缺陷如何影响癌症形成的异常细胞分裂。”

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